基于PSoC的实时心电信号预处理系统的设计与实现

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＳｏＣ；Ｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；Ｗａｖｅｌｅｔｔｒａｎｓｆｏｍ；Ｒｒｗａｖｅ
心电信号的采集和数字滤波在ＰＳｏＣ上实现。心电信号是一种近年来心脏病仍然是威胁人类生命的主要疾病之一，据国家心微弱的生物电信号，信噪比低，需前置放大电路进行放大；接着通过血管病中心统计，我国心血管病患者２．９亿，每年大约３５０万人死Ａ／Ｄ转换将心电信号转化为数字信号，以便后面进行数字滤波。于心血管病，占总死亡原因的４１％，居各类疾病之首。随着人口老龄ＰＳｏＣ正是集成了可配置的模拟和数字外围器件阵列ＰＳｏＣ块，能解化及城镇化进程的加快，我国心血管疾病发病人数持续增加。另外，决小波变换运算量大以及成本高等问题，为心脏病实时准确的诊断心脏病发病时间短、突发性强，没有规律可循，有些患者由于病情的提供了更大的帮助。突发性，或者农村地区医疗条件不足，错过了最佳的诊断时间。因我国移动医疗行业的市场规模在逐渐增长，２０１６年底将突破此，对心脏病进行实时准确的诊断是心电医疗领域的研究重点。１１１．５亿元。为顺应移动医疗发展趋势，实现心电监护设备便携化，目前，心电信号预处理的方法层出不穷。ＮａｚａｎＵｃａｒＭ提出了可利用ＰＳｏＣ体积小的特点，再接入蓝牙模块，将心电数据发送至智种基于多分辨率正交小波变换的心电信号预处理算法【］１。杨丰等能终端。后期在服务器上搭载心电信号分析算法后，可实现自动心采用二次样条小波函数，算法实现上较为简单但去噪效果不明显【２Ｊ。电分析，并将分析结果反馈给用户或预设终端。使用户实时掌握自Ｔｒａｈａｎｉａｓ则将数学形态学的方法用于检测ＱＲＳ波群。以上算法均身心电分析情况，特别对于心脏猝死风险较高的人群，可以避免延采用软件实现，在硬件实现上主要采用ＤＳＰ或ＦＰＧＡ，其中ＤＳＰ系误诊疗的最佳时机，降低死亡率。统只支持单流水线工作，无法满足心电信号处理与分析的实时『生要２．２软件结构概述求；ＦＰＧＡ虽具有超大的单芯片容量和较高的并行运算能力，可满足采用ＰＳｏＣＣｒｅａｔｏｒ作为ＰＳｏＣ的集成开发环境（ＩＤＥ），有效地配实时性要求，但浮点小数在ＦＰＧＡ中的实现比较困难，导致其预处置芯片上的模拟和数字块资源，如从Ａ／Ｄ模块读取数据、将接收到理的结果与ＭＡＴＬＡＢ相比有一定误差。的数据传输给蓝牙模块等。采用ｃ语言编写固件代码，建的任务包ｖｏｉｄＴＸ（ｖｏｉｄｄａｔａ）；ｖｏｉｄＲＸ（ｖｏｉｄｄａｔａ）；ｖｏｉｄＤｉｓｐＷａｖｅ（ｖｏｉｄ针对以上缺陷，设计基于ＰＳｏＣ的心电信号预处理系统。ＰＳｏＣ括：集成了微控制器以及嵌入式系统中通常围绕微控制器周围的模拟ｄａｍ）；ｖｏｉｄＷｒｉｔｅ（ｖｏｉｄｄａｔａ）；ｖｏｉｄＲｅａｄ（ｖｏｉｄｄａｔａ）；ｖｏｉｄ及数字组件，可有效解决小波变换算法复杂性高所带来的运算量大ＳａｖｅＭｓｇ（ｖｏｉｄｄａｔ￣；等。Ｔｘ用来发送心电信号的波形数据；ＲＸ则和成本高等问题。在ＰＳｏＣＣｒｅａｔｏｒ集成开发环境下，固件组类似于负责接收服务器返还给智能终端的分析结果；ＤｉｓｐＷａｖｅ的主要功面向对象程序设计的控件，使得硬件设计转变成软件，编译器自动能是显示从心电信号控制器中读出的波形数据；拾取到的人体心电生成源程序。ＰＳｏＣ具有体积小、性能高、成本低等特点，结合本文信号后，用任务Ｗｒｉｔｅ可进行数据写入；Ｒｅａｄ主要是将Ｗｒｉｔｅ写入的提出一种面向硬件实现的基于小波变换的心电信号预处理算法，在数据读出来；ＳａｖｅＭｓｇ主要是保存写入的数据和应答处理器的请求有效提高心电信号预处理实时性的同时能减小误差。命令。２系统的设计３优化的算法描述提出了一个基于ＰＳｏＣ实现的实时心电信号预处理系统。利用小波变换不仅可以用于信号检测，还可以用于信号的压缩处ＰＳｏＣ内部的信号处理模块对拾取的人体心电信号进行放大和滤理，具有以下特点：ａ．时频窗结构具有自适应性；ｂ．在变换期间保持波；再通过Ａ／Ｄ转换，将模拟量转换为数字量；进而利用ＰＳｏＣ内部恒Ｑ的特性．ｃ．根据检测信号的频率可以自动调节分辨率［６１。对比其的基于小波变换的心电信号预处理算法程序有效去除心电信号的他算法，小波分析所具有的特性更加适合处理像ＥＣＧ这样的非线各种噪声，主要包括工频干扰、肌电干扰和基线漂移等。最后将处理性非平稳信号。完的心电信号通过蓝牙模块传输数据至智能终端，实现心电信号的３．１小波的选取存储、显示及无线传输等功能。小波函数的选取是小波变换的首要问题，需综合�
ｌｅｔｗａｖｅｌｅｔｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ｔｏｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｔｈｅｓｉｇｎａｌｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｒｅａｌ－ｔｉｍｅｏｆＥＣＧｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅ
ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ａｎａｌｏｇａｎｄｄｉｇｉｔａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍ，ａｓｗｅｌｌａｓｅｘｔｒｅｍｅｌｙｌｆｅｘｉｂｌｅａｎｄｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｆｅａｔｕｒｅｓ．Ｔｏａｃｈｉｅｖｅ
关键词：ＰＳｏＣ；数据处理、波变换；Ｒ波
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｅｌ— ａｔｉｍｅＥＣＧｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｗｈｉｃｈｉｓｂａｓｅｄｏｎＰＳｏＣ．ＵｓｅｏｆｔｈｅＰＳｏＣｉｎｔｅｇｒａｔｅｓ
ＥＣＧｓｉｇｎａｌａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ，Ａ／Ｄｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，ｄｉｇｉｔｌａｄｅｎｏｉｓｉｎｇ，ｓｔｏｒａｇｅ，ｄｉｓｐｌａｙａｎｄＢｌｕｅｔｏｏｔｈｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｅｔｃ．ＵｓｉｎｇｔｈｅＳｙｍ－
ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｍｅｔｈｏｄｔｏｄｅｔｅｃｔＲ．ｗａ பைடு நூலகம் ｅ．ＡｎｄｔｈｅｎｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅＲＲｉｎｔｅｒｖａｌｔｏａｃｈｉｅｖｅａ￣ｉｍｐｌｅａｎｌｙａｓｉｓｏｆｔｈｅＥＣＧｄａｔａ．
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科技论坛
基于ＰＳｏＣ的实时心电信号预处理系统的设计与实现
刘立勋江晓雪杨志烽（吉林大学珠海学院，广东珠海５１９０００）
摘要：设计并实现一种基于ＰＳｏＣ的实时心电信号预处理系统，利用ＰＳｏＣ集成了微控制器以及嵌入式系统中的模拟及数字组件，
以及极端灵活且可编程的特点，实现心电信号的采集、放大、Ａ／Ｄ转换、数字去噪、存储、显示及蓝牙传输等功能。为了确保心电信号处理的准确性及实时性，采用Ｓｙｍｌｅｔ小波变换对信号进行预处理，再通过阀值法检测Ｒ波，计算ＲＲ间期，实现对心电数据的简单分析。