基于STM32的便携式心电图仪的设计与实现
(完整版)基于STM32的便携式心电图仪设计
目录1 引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11.1 心电图仪在医学领域中的应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11.2 便携式心电图仪的发展状况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯22 系统总体设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯42.1 主要功能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯42.2 系统设计方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯53 便携式心电图仪的硬件设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯63.1 最小核心系统的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯73.1.1 处理器的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯73.1.2 最小核心系统电路的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯83.2 人机交互界面的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯123.2.1 显示界面设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯123.2.2 按键设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯143.3 前置放大电路以及右腿驱动电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯153.4 滤波电路以及陷波电路的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯163.5 电源电路的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯184 便携式心电图仪的软件设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯194.1 软件开发平台⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯194.2 软件系统整体设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯214.2.1 软件总体分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯214.2.2 STM32 软件系统设计流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯214.2.3 软件总体流程图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯234.3 信号采集程序设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯234.4 数字滤波程序设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯254.5 液晶程序设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯265 系统调试结果及误差分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯275.1 调试手段⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯275.2 测量调试以及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯285.2.1 采集电路的测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯285.2.2 滤波算法测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯295.2.3 整体测试和结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯30 结束语⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯32 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯341 引言随着社会的进步、经济的发展以及人们生活水平的逐步提高，我国人口老龄化程度越来越严重，与此伴随的心脏病一类的疾病的发病率也不断攀升，人们的身体健康产生了巨大的威胁。
基于STM32芯片和TFT-LCD的便携式心电图仪设计
基于STM32芯片和TFT-LCD的便携式心电图仪设计便携式心电图设备的出现使心电信号能够在更多场合进行采集，它既可以实现可移动化，又可以实时的对心电信号进行分析。
通过内置大容量存储器件能够对患者进行长时间的实时监护，并记录患者的心电数据，通过USB接口与PC机进行数据传输，以提交到专业医疗机构做进一步分析和诊断。
1、系统整体设计概述系统原理框图可以用图1表示。
心电信号由电极获取，送入心电采集电路，经前置放大、主放大、高低通滤波、电平抬升后，得到符合要求的心电信号，并送入到STM32的ADC 进行AD转换。
为了更好地抑制干扰信号，在电路中还引入了右腿驱动电路。
系统控制芯片采用STM32，TFT-LCD的触摸功能加上少量按键可以建立良好的人机交互环境，可以通过LCD实时显示和回放，采用SD卡可以存储24h的心电数据，数据通过USB可靠地传输到PC 机，以便对心电数据做进一步的分析。
图1 心电图仪原理框图2、系统主要硬件结构及电路系统主要划分为三大部分：心电采集电路，主要完成心电信号的提取;带通滤波及主放大电路，用于调理采集到的信号，使之符合处理要求;STM32处理电路，完成心电信号的显示、分析、存储和数据传送功能。
2.1、心电采集电路心电采集电路是整个便携式心电图仪的核心，直接决定整个系统性能的好坏。
心电采集电路主要包括：输入缓冲及前置放大、右腿驱动、高低通滤波器、主放大和电平抬升。
体表心电信号的频率主要集中在0.05～100Hz，幅度为10μV～4mV，典型值为1mV，是一种低频率的微弱双极性信号。
而STM32的ADC输入端电压范围是0～3.3V，因此需要对心电信号进行放大和电平抬升，总体放大倍数约为1000倍，然后再通过电平抬升电路抬高1V 左右。
心电测量中，实际的电极不可能完全对称，这样将会引起基线漂移现象，还有无处不在的电源工频干扰（50Hz），肌电干扰等，这些都要求心电前置放大器必须有很高的共模抑制比。
基于STM32的心电采集仪设计
基于STM32的心电采集仪设计摘要随着现在社会开始步入智能化的时代，人们的生活水平也随着变好，生活质量得到明显的改善。
在人们生活质量有所保障的同时，大家开始思考怎么样才能让自己的身体不受到疾病的伤害。
人们开始思考在让生活质量变好的同时如何保障自己的身体健康，开始关注身体状况，应该怎么样去预防疾病的发生和提前得到警示。
而观察人体心脏是否健康的关键途径是由心电仪检测、绘制成波形的心电图，心电图作为判断心脏疾病的依据，给人们的健康带来福音。
所以设计一款方便携带的、具有较高的经济性和易于检测的心电采集仪是一个比较有意义和实用性的项目，也是本文的主要内容。
心电采集仪的主要设计部分是心电采集这一模块，本文将心电采集仪分成两个部分进行研究设计，第一个部分是信号采集模块，另一部分是显示模块。
设计一个能够完成信号采集、显示心电图形以及实时显示心率的心电监护设备。
研究心电采集模块的原理、模数转换的原理、设计计算心率的算法处理模块，能够实现心率和心电图的显示功能，并且要降低成本，减少体积，同时还要采集的信号具有一定的准确性，一款方便携带的心电采集仪大概就是这样的思路。
本文以STM32F106c8t6作为主控模块，max30102为信号采集模块设计一款心电仪，对心电信号有一定的准确性。
关键词：STM32；心电采集；max30102传感器AbstractWith the society entering the era of intellectualization, people's living standards have also improved, and the quality of life has been significantly improved.While people's quality of life is guaranteed, people begin to think about how to protect their bodies from diseases. People begin to think about how to protect their health while improving their quality of life. They begin to pay attention to their physical condition and how to prevent the occurrence of diseases and get warnings in advance. The key way to observe the health of human heart is to detect and draw waveform electrocardiogram by ECG. ECG is the basis for judging heart disease and brings good news to people's health. Therefore, the design of a portable ECG acquisition instrument with high economy and easy detection is a meaningful and practical project, which is also the main content of this paper. The main design part of ECG acquisition instrument is ECG acquisition module. In this paper, ECG acquisition instrument is divided into two parts for research and design. The first part is signal acquisition module, the other part is display module. A ECG monitoring device is designed, which can complete signal acquisition, display ECG shape and real-time display of heart rate. Studying the principle of ECG acquisition module, the principle of analog-to-digital conversion, designing the algorithm processing module of calculating heart rate, can realize the display function of heart rate and ECG, and reduce the cost and volume. At the same time, the acquisition signal has certain accuracy. A portable ECG acquisition instrument is probably such a way of thinking. In this paper, STM32F106c8t6 is used as the main control module, and max30102 is used as the signal acquisition module to design an ECG instrument, which has certain accuracy for ECG signals.Key words: STM32；ECG acquisition；max30102目录第1章绪论 (1)1.1研究背景及意义 (1)1.2国内外研究现状和发展趋势 (2)1.3论文的研究内容 (3)1.4论文的结构 (3)第2章实现方案选择 (5)2.1主控模块的选择与论证 (5)2.1.1 STM32f103芯片 (5)2.1.2 STM32f407芯片 (5)2.2 显示屏的选择 (6)2.3心电采集模块的选择 (6)第3章心电采集仪的硬件设计 (8)3.1总体方案设计 (8)3.2主控模块的电路设计 (9)3.2.1微处理器的结构 (9)3.2.2 STM32的电路设计 (9)3.3信号采集电路设计 (11)3.3.1 心电信号的特征 (11)3.3.2 心电信号的干扰 (11)3.3.3 心电信号采集模块 (11)3.4 LCD显示模块设计 (13)第4章心电采集仪的软件设计 (15)4.1 软件开发平台 (15)4.2软件系统整体设计 (16)4.3软件系统模块化分析 (17)4.3.1系统初始化程序 (17)4.3.2信号采集程序 (18)4.3.3波形显示程序 (18)4.3.4液晶屏显示程序 (19)4.4心率算法模块分析 (20)第5章调试结果及误差分析 (21)5.1 硬件电路各模块测试 (22)5.1.1 硬件部分调试 (22)5.1.2 LCD调试 (23)5.2信号采集部分测试 (24)5.3串口通信测试 (25)5.4整体测试 (25)5.5误差分析 (27)结语 (28)附录A (29)附录B (31)附录C (31)参考文献 (55)第1章绪论1.1研究背景及意义最近几年，人类开始进入一个经济高速发展和智能科技的社会，人们的生活也变得越来越好，当今社会的人口老龄化比例也随之升高。
心率检测仪设计与实现中基于STM32的关键技术研究
心率检测仪设计与实现中基于STM32的关键技术研究一、引言心率是人体健康状况的重要指标之一，在医疗健康监测领域有着广泛的应用。
心率检测仪通过实时监测心脏的电信号，能够准确地测量出人体的心率。
本文将重点研究基于STM32的心率检测仪设计与实现中的关键技术。
二、STM32与心率检测仪的基本原理STM32是一款高性能的嵌入式微控制器，具有强大的计算和数据处理能力，并且支持多种通信接口。
心率检测仪的基本原理是通过心电图采集电路采集心脏产生的微弱电信号，然后经过放大、滤波等处理后，使用STM32进行数据处理和显示。
三、心率检测仪的硬件设计1. 心电图采集电路设计：包括心电传感电极、前置放大电路和滤波电路。
心电传感电极用于接触患者皮肤以采集心电信号，前置放大电路用于放大心电信号，滤波电路用于降低噪声干扰。
2. 数据采集与处理模块设计：使用STM32微控制器进行心电信号的采集和处理。
通过配置STM32的ADC模块，将采集到的模拟信号转换成数字信号，然后进行数字滤波和数据处理。
3. 显示与用户交互模块设计：包括显示屏和按键。
使用液晶显示屏将心率数据实时显示给用户，并通过按键来控制心率检测仪的工作状态。
四、基于STM32的关键技术研究1. 心率信号滤波算法：心率信号中常常存在各种噪声和干扰，如肌肉运动、电源干扰等。
采用合适的滤波算法能够降低噪声对心率检测的影响，提高系统的准确性和可靠性。
2. 数据处理算法与心率计算：心率信号一般为非周期性的波形，通过分析信号的峰值和节律，可以计算得到心率值。
在STM32中，可以实现峰值检测算法和心率计算算法，进一步提高心率检测仪的性能和稳定性。
3. 电源管理与省电技术：心率检测仪需要长时间运行，因此需要考虑电源管理和省电技术。
使用STM32的低功耗模式，合理管理硬件资源，可以延长电池的使用寿命并减少能耗。
4. 数据通信与存储技术：为了进一步分析和研究心率数据，可以使用STM32的通信接口，如UART、SPI等与外部设备进行数据通信和存储。
基于STM32的便携式心电仪的设计与实现
基于STM32的便携式心电仪的设计与实现摘要：便携式心电仪是一个可随身携带，可对个人心脏随时随地进行监护的医学仪器。
它具有携带方便、操作简单、及时监测病人自身情况的优点，为有心脏疾病的人群和亚健康人群进行预防提供了有效的检测手段。
本文首先简要介绍便携式心电仪的发展历史和国内外便携式心电仪的发展现状，其次介绍心电仪的原理，接着详细阐述心电仪系统的硬件设计和软件设计，并报告调试结果，最后对论文的主要成果进行了总结，并做出了展望。
关键词：便携式心电仪，STM32，监测Design and Implementation of PortableECG Device Based on STM32Abstract:Portable ECG device is a medical instrument which is portable and can provide personal ECG monitoring anytime and anywhere.It has the advantages of portability,simple operation and supervision on patie nts’ condition in time ,and provide an effective means of detection for people with heart disease and sub-health people to prevent. This paper gives a brief introduction to the history of the ECG device development and the current situation of the development firstly. Secondly, it introduces the principle of the ECG device. Then it elaborate on the hardware design and the software design of ECG device system, and report the debugging result. Finally, the achievement and insufficiency of my research is summarized and prospected.Keywords: Portable ECG Device, STM32, Supervision一、绪论（一）研究背景及意义随着社会的进步和经济的发展，生活水平的改善以及社会老龄化加剧，心血管疾病的发病率不断攀升，这严重影响了人们的身体健康，成为威胁人类健康的第一因素。
基于STM32的便携式心电图仪的设计与实现
系统属于典型的生物医学信号采集处理系统，处理的对象是强噪声背景下的微弱心电信 号，噪声和干扰的存在对前端采集电路提出了更高的要求。根据心电信号的特点，选用精密 仪表放大器为主要元件设计了前置放大电路。为更好的降低干扰的影响，设计了右腿驱动电 路、高通和低通滤波电路，成功提取了心电信息。心电处理电路通过 A/D 转换把模拟信号转 换成数字信号送至微处理器做进一步处理，该部分电路主要包括 STM32 处理器电路、SD 卡 存储、串口通信、LCD 接口电路等，选用 ST 公司的低成本、低功耗的 Cortex-M3 核处理器 STM32F103VC 作为控制核心。
本课题较好地完成了预期的设想，设计与实现了系统的硬件电路，完成了系统软件的编 写和调试，制作了样机一台。测试结果证明，达到了设计要求。
关键词：心电图仪，心电信号，信号采集，信号处理，SD 卡，STM32
I
杭州电子科技大学硕士学位论文
ABSTRACT
At present, the rate of cardiovascular disease and the related hazard factor in our country have increased. ECG is an important method of diagnosing heart disease. However, conventional ECG devices have limitations of a big size and bulky volume and not easy to carry. It is not convenient for patients to stay in the hospital for long, so it becomes very important to develop a portable ECG monitor.
基于STM32便携式心电图仪的设计
基于STM32便携式心电图仪的设计作者：陈爽姜帅臣张晨来源：《物联网技术》2016年第09期摘要：心脏病已经成为危害人类健康常见的疾病之一。
心电图是诊断心脏病的重要依据，而传统心电图仪体积较大，价格较高，需专业操作，不易于实时监测，便携式心电图仪逐渐成为医学界市场的主流。
文中设计了一款以STM32微处理器为系统核心的居家便携式心电图仪。
系统采用LCD触摸屏输入及显示，支持向量机算法对采集到的心电信号自动诊断，并带有SD卡存储模块及打印机模块，可将心电图数据存储并打印。
对系统进行仿真测试，可实现文中要求的各项功能。
关键词：心电信号；便携式；自动诊断；触摸屏显示中图分类号：TF325.69 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）09-00-030 引言心血管病作为危害人类健康的“杀手”，是全球医学界的难题[1，2]。
因此，如何预防心血管疾病，并将其危害降到最小，是医学界和普通百姓普遍关注的问题，而心电图是检查心脏病的重要参考依据[3]。
本文设计了一款家用便携式心电图仪，具有可靠性高、稳定性强、功耗低、操作简便等优点。
1 便携式心电图仪介绍1.1 心电导联人体体表与电极和心电图仪的连接称为导联。
根据美国心脏联合会（American Heart Association，AHA）规定的心电图仪的国际标准十二导联体系，需于人体体表同时放置10个电极，分别为左臂（LA）、右臂（RA）、左腿（LL）、右腿（RL）以及胸部六个胸壁导联（从左至右分别为V1～V6）。
1.2 功能介绍便携式心电图仪将心电信号的放大分为两级[4]，采用模拟滤波器与数字滤波器相结合的方法对心电信号进行去噪处理，去除了使用单一滤波器的局限性；将处理后的心电信号与自动诊断模块内的标准心电波形进行比对，得出结论，打印输出结果并自动存储到SD卡内，以做数据备份。
便携式心电图仪的功能结构如图1所示。
2 便携式心电图仪的硬件选型设计2.1 微处理器选型本设计选用微处理器STM32F103[5]。
可携带,低成本的基于STM32的心率监测仪方案
可携带，低成本的基于STM32的心率监测仪方案该设计采用一款光电反射式心率传感器，所输出的信号为模拟量，经L432KC 进行A/D 转换，成为可供分析的数字信号，通过分析计算可获得心率值和相邻心拍时间，并由双色OLED 屏显示出来。
此外，在外挂RS232 串行通讯模块的条件下，可将脉搏信号上传到电脑，并由专用软件绘制出脉搏波形和心率曲线，以便进行精确地分析和判读。
工作原理：1. 硬件组成与介绍心率检测仪在整体上由两部分构成，即上位机与下位机。
下位机主要负责心率信号的采集，在独立使用时，可直观地显示出心率值和相邻心拍时间。
为了实现设计目标，该心率检测仪主要有心率传感器、微处理器L432KC、双色OLED 显示模块、外挂式RS232 通讯模块及电池等组成，其硬件组成如图1 所示。
设计中所采用的心率传感器是一种光电反射式传感器，在检测时可佩戴于手指、耳垂等处，故非常便于使用。
心率传感器的外观如图2 所示。
为便于设计的小型化，在心率参数的显示上是采用0.96 寸的双色OLED 显示屏，在屏上部1/3 为黄色，另2/3 则为蓝色，其显示精度为128*64 点阵。
由图可以看出它只有4 个引脚，是采用IIC 接口工作。
在构建小字库的情况下，可现实中文显示。
2. 项目中STM32 的功能在该项目中，L432KC 开发板起着核心的作用，是通过它将采集到模拟信号转换为供分析处理的数字信号;又是通过它将获得的心率参数显示到OLED 屏上供人识读;此外，还是经过它的处理将采集的数据上传到上位机以绘制心率波形图。
由于L432KC 是一款低功耗、高性能的MCU，故为心率检测仪的便携式设计也提供了有效的支持。
尽管心率检测仪很小，但它在资源的使用上却不逊色于其它设计，在运行过程中，它用到的资源有GPIO、ADC、TIME、IIC、UART 等，几乎样样用个到。
3. 软件流程介绍在硬件设计的基础上，软件的设计也是不可或缺的，其软件处理流程如图5 所示。
（完整版）基于STM32的便携式心电图仪设计
（完整版）基于STM32的便携式⼼电图仪设计⽬录1 引⾔ (1)1.1⼼电图仪在医学领域中的应⽤ (1)1.2便携式⼼电图仪的发展状况 (2)2 系统总体设计 (4)2.1主要功能 (4)2.2系统设计⽅案 (5)3 便携式⼼电图仪的硬件设计 (6)3.1最⼩核⼼系统的设计 (7)3.1.1处理器的选择 (7)3.1.2最⼩核⼼系统电路的设计 (8)3.2⼈机交互界⾯的设计 (12)3.2.1显⽰界⾯设计 (12)3.2.2按键设计 (14)3.3前置放⼤电路以及右腿驱动电路 (15)3.4滤波电路以及陷波电路的设计 (16)3.5电源电路的设计 (18)4 便携式⼼电图仪的软件设计 (19)4.1软件开发平台 (19)4.2软件系统整体设计 (21)4.2.1软件总体分析 (21)4.2.2 STM32 软件系统设计流程 (21)4.2.3软件总体流程图 (23)4.3信号采集程序设计 (23)4.4数字滤波程序设计 (25)4.5液晶程序设计 (26)5 系统调试结果及误差分析 (27)5.1调试⼿段 (27)5.2测量调试以及分析 (28)5.2.1采集电路的测试 (28)5.2.2 滤波算法测试 (29)5.2.3 整体测试和结果分析 (30)结束语 (32)参考⽂献 (34)1 引⾔随着社会的进步、经济的发展以及⼈们⽣活⽔平的逐步提⾼，我国⼈⼝⽼龄化程度越来越严重，与此伴随的⼼脏病⼀类的疾病的发病率也不断攀升，⼈们的⾝体健康产⽣了巨⼤的威胁。
相关数据表明，我国因⼼脑⾎管疾病死亡的⼈数将近占总死亡⼈数的⼀半[1]。
根据相关部门的调查显⽰，我国每年⼤约有近⼀半的死亡病例为冠⼼病，⽽且死亡率还在逐年递增。
每年约有16万名患者接受⽀架植⼊⼿术，⼿术施⾏每年的增长率超过了五分之⼀。
在我国因⼼脑⾎管疾病每年耗费达3000亿元，由于受测试⼿段的局限，预防率、治疗率及控制率依然很低。
预防率是有效防治⼼脑⾎管疾病的关键因素，⽽且有效的⽅便的⼼电监测仪器是完成这⼀任务的有⼒⼯具。
基于STM32的便携式家用心电检测仪的设计
ａ ｃ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ＥＣ Ｇ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ｂ ｏ ｄ ｙ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ．Ａｆ ｔ ｅ ｒ ａ ｍｐ ｌ ｉ ｉ ｆ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｄ ｉ ｇ ｉ ｔ ａ ｌ ｉ ｆ ｌ ｔ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｅ ｌ ｅ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｙ ｐ ｒ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ，ｔ ｈ ｅ ＥＣ Ｇ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ｗ ａ ｓ ｓ ｅ ｎ ｔ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ Ｓ Ｔ Ｍ３ ２ ｆ ｏ ｒ ａ ｎ ａ ｌ ｏ ｇ －ｄ ｉ ｇ ｉ ｔ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｇ ｉ ｔ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ．Ｔ ｈ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ ｒ ｒ ａ ｔ ｅ ，ＥＣ Ｇ ｗ ａ ｖ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｒ ｅ —
中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｐ ２ １ ６ 文 献 标 识 码 ：Ｂ 文 章 编 号 ：０ ２ ５ ８ — ７ ９ ９ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ９ 一 ｏ ０ １ ８ — ０ ３
基于STM32的脉搏心率检测仪设计与实现方案
基于STM32的脉搏心率检测仪设计与实现方案1. 引言脉搏心率检测仪是一种用于检测人体脉搏和心率的设备，广泛应用于医疗领域和日常健康管理中。
本文将介绍基于STM32控制器的脉搏心率检测仪的设计与实现方案。
2. 系统组成脉搏心率检测仪主要由传感器模块、数据处理模块和显示模块组成。
2.1 传感器模块传感器模块用于感知人体的脉搏信号。
常用的传感器包括心电传感器和光电传感器。
心电传感器可以通过电极贴片或手指夹形式将人体心电信号转化为电压信号，而光电传感器则利用光敏二极管检测人体皮肤上的脉搏血流信号。
2.2 数据处理模块数据处理模块用于对传感器采集到的脉搏信号进行处理和分析，提取心率信息。
在该模块中，STM32控制器承担着核心的处理任务。
它通过模数转换器将模拟的脉搏信号转化为数字信号，并利用数字信号处理算法提取出心率信息。
常用的算法包括峰值检测算法和自相关算法。
峰值检测算法基于寻找信号中的最大峰值来计算心率，而自相关算法则通过计算信号的自相关函数来获取心率信息。
2.3 显示模块显示模块用于将检测到的心率信息以可视化的方式呈现给用户。
常用的显示模块包括数码管、液晶显示屏和LED指示灯。
数码管可以直接显示心率数值，液晶显示屏则具有更丰富的显示能力，可以显示心率曲线图、报警信息等。
LED指示灯可以通过不同的颜色和频闪来提醒用户心率状态。
3. 系统工作原理脉搏心率检测仪的工作原理如下：3.1 数据采集传感器模块采集到人体的脉搏信号后，将其转化为电压信号，并输入到STM32控制器的模数转换器中进行模数转换。
转换后的数字信号被发送到数据处理模块。
3.2 数据处理数据处理模块接收到数字信号后，利用峰值检测算法或自相关算法提取出心率信息。
峰值检测算法会寻找信号中的最大峰值，并根据峰值之间的时间间隔计算心率。
自相关算法则计算信号的自相关函数，从中获取心率信息。
3.3 数据显示心率信息被发送到显示模块进行显示。
数码管可以直接显示心率数值，液晶显示屏可以以图形或数字形式显示心率信息。
基于STM32的心电采集仪设计
基于STM32的心电采集仪设计
如今，心血管类疾病已经成为威胁人类身体健康的重要疾病之一，而清晰有效的心电1 总体设计方案
心电采集包括模拟采集和数字处理两部分，本设计通过AgCl 电极和三
导联线心电采集线采集人体心电信号，通过前置放大电路，带通滤波电路，50 Hz 双T 陷波后再经主放大电路和电平抬升电路把心电信号的幅度控制在
STM32 的A/D 采集范围内，STM32 通过定时器设定A/D 采样频率，通过均值滤波的方式对得到的数字信号进行处理，最后在彩屏上描绘出心电
2 硬件设计
2.1 主控模块电路设计
主控模块的STM32F103VET 单片机是控制器的核心，该单片机是ST 意法半导体公司生产的32 位高性能、低成本和低功耗的增强型单片机，其内核
采用ARM 公司最新生产的Cortex-M3 架构，最高工作频率72 MHz、512 kB 的程序存储空间、64 kB 的RAM，8 个定时器/计数器、两个看门狗和一个实时时钟RTC，片上集成通信接口有两个I2C、3 个SPI、5 个USART、一个USB、一个CAN、一个SDIO，并集成有3 个ADC 和一个DAc，具有100 个I/O 端口。
主控单片机管脚排列
2.2 前置放大电路的设计
前置放大电路是模拟信号采集的前端，也是整个电路设计的关键，它不仅要求从人体准确地采集到微弱的心电信号，还要将干扰信号降到最低，由于心电信号属于差分信号，所以电路应采用差动放大的结构，同时要求系统具有。
基于STM32的脉搏心率检测仪设计与实现的硬件架构
基于STM32的脉搏心率检测仪设计与实现的硬件架构1. 硬件架构简介基于STM32的脉搏心率检测仪是一种用于测量人体心率的设备，其硬件架构是设备实现的基础。
本文将介绍设计与实现该设备的硬件架构，包括主控芯片选择、传感器选型、电源管理、通信接口等方面。
2. 主控芯片选择在设计脉搏心率检测仪的硬件架构时，选择合适的主控芯片非常重要。
基于STM32系列芯片的优势在于其低功耗、高性能和丰富的外设资源。
可以根据需求选择不同型号的STM32芯片，如STM32F103、STM32F401等。
3. 传感器选型脉搏心率检测仪的核心功能之一是实时检测人体的脉搏和心率，并将数据传输给主控芯片进行处理。
为了实现准确的测量，需要选择合适的传感器。
一种常用的传感器是光电传感器，通过测量光的反射或吸收情况来进行心率测量。
另外，还可以考虑使用压阻传感器等其他类型的传感器。
4. 电源管理脉搏心率检测仪需要连续供电以保证正常工作。
在硬件架构设计中，需要考虑合适的电源管理方案。
可以采用锂电池供电，并配置合适的充电电路和电池保护电路。
为了延长电池寿命，可以考虑使用低功耗的主控芯片和优化电路设计。
5. 通信接口为了实现与其他设备的数据交互，如数据传输到计算机或智能手机等，需要设计合适的通信接口。
常用的通信接口包括USB、蓝牙和Wi-Fi等。
可以根据具体需求选择适合的通信接口，并设计相应的硬件电路。
6. 外设及显示屏脉搏心率检测仪可能需要一些外设来辅助操作和显示数据。
例如，可以设计按键以实现用户的交互操作，也可以设计一个显示屏来展示实时心率数据或其他相关信息。
在硬件架构设计中需考虑外设的接口和连接方式。
7. PCB布局设计完硬件架构后，需要进行PCB布局设计，将各个模块的电路、元器件和连接线布置到合适的位置，以实现高效的电路连接和信号传输。
同时，要注意进行电源和地线的分离，避免干扰和信号失真。
8. 硬件测试和调试完成PCB设计后，需要进行硬件测试和调试，以确保设备的正常工作。
基于STM32的便携式心电图仪设计
基于STM32的便携式心电图仪设计作者：吴威宁来源：《科技风》2016年第16期摘要：针对心电监护设备体积和质量较大，价格昂贵，不便于携带等因素，本文设计了一款基于STM32的心电采集及分析处理系统。
相比普通的心电图仪，本装置具有可移动，便于携带和实时监测的优点，能够实现床边诊断。
本装置的信号处理电路是最关键的部分，主要完成心电信号的提取和滤波。
由于心电信号比较微弱，在采集的过程中很容易受到干扰，因此本文采用了精密仪表放大器作为主要元件。
为降低干扰，本文还设计了高通滤波、低通滤波和陷波滤波电路来完成心电信号的提取。
关键词：STM32；滤波电路；心电信号随着社会的进步，经济的发展，人口老龄化的成都越来越严重，心脏病作为一种常见的慢性疾病，也是长期以来一直威胁着人类的健康，及时的发现和预防在减少心血管疾病危害中极为重要，心电图作为检测心脏疾病的主要依据，目前还是在特定的场合才能够使用，而且价格非常昂贵，仅每年就有约16万名患者接受支架手术，每年的增长率超过了20%。
我国每年在心脏疾病中的耗费就达到了3000亿元。
由于场合限制和价格原因，导致病人得不到实时监控，对病人的病情诊断和治疗时极为不利的。
便携式的心电图仪不仅能够实时给病人检查，还能够将病人所得到的心电图后发送给医生做进一步的判定。
通过大容量的存储器件能够对患者进行长时间的监护，并记录心电数据。
1 系统设计方案系统设计主要是便携与数据处理能力，在体积，能耗上能够符合正常的工作和生活的要求，同时不给使用者带来额外的影响。
因此控制芯片采用STM32系列的F107芯片，设计的要求根据心电信号的特点，应具备放大倍数在400-1000之间，滤波器带宽为0.05HZ-100HZ，共模抑制比要大于80dB，工频信号幅值不高于心电信号的6%，误差不高于6%。
因此设计的系统原理结构图如图1所示。
系统中采用STM32的内部采用的是ADC进行AD转换，进一步提高精度可以替换为外部的AD，控制系统采用的是外部按键和LCD触摸屏来完成。
基于STM32的脉搏心率检测仪硬件与软件设计
基于STM32的脉搏心率检测仪硬件与软件设计脉搏心率检测仪是一种用于测量人体脉搏和心率的设备。
基于STM32的脉搏心率检测仪硬件与软件设计是为了实现高精度、便携式的心率检测系统。
本文将详细介绍该设备的硬件和软件设计流程，包括电路设计、芯片选型、软件开发等方面。
首先，我们需要选择合适的STM32系列微控制器作为硬件平台。
根据需求，我们可以选择具有较高性能和丰富外设的STM32F4系列或STM32F7系列微控制器。
这些微控制器具有强大的处理能力和丰富的接口，能够满足心率检测仪的要求。
接下来，我们需要进行电路设计。
脉搏心率检测仪的电路主要包括信号放大器、滤波器、模数转换器和显示器等模块。
信号放大器用于放大脉搏信号，滤波器用于滤除噪声和杂散信号，模数转换器用于将模拟信号转换为数字信号，显示器用于显示心率数值。
在电路设计中，我们需要注意保证信号的稳定性和准确性。
可以通过合理设计滤波器来滤除噪声和干扰，采用差分放大电路来减小共模干扰，利用精确的参考电压源和时钟源来提高信号的准确性。
在软件设计方面，我们需要编写适配该硬件平台的嵌入式程序。
首先，我们需要编写底层驱动程序来控制各个外设，包括ADC（模拟-数字转换器）、GPIO（通用输入输出）等。
然后，我们可以根据心率检测算法的需求来设计相应的软件模块，包括信号处理模块、心率计算模块等。
在信号处理模块中，我们可以利用滤波算法来进一步滤除噪声和杂散信号，以提高信号的质量。
常用的滤波算法包括均值滤波、中值滤波、卡尔曼滤波等。
根据实际情况和要求，选择适当的滤波算法来优化信号处理效果。
然后，我们需要设计心率计算模块来计算心率数值。
心率计算可以采用简单的峰值检测算法，通过检测脉搏波峰值的间隔时间来计算心率。
也可以采用更复杂的算法，例如利用心电图信号分析、心率变异性等方法来提取心率信息。
最后，我们需要设计用户界面模块来显示心率数值。
可以使用LCD液晶显示屏或者OLED显示屏来显示心率数值和相关信息。
STM32单片机在心率检测仪中的应用研究与设计
STM32单片机在心率检测仪中的应用研究与设计心率检测仪是一种用于测量人体心率的设备，它通过检测心脏搏动的频率来获取人体的心率数据。
在现代医疗和健康监测领域，心率检测仪被广泛应用于医院、健身房、家庭等场景。
本文将介绍STM32单片机在心率检测仪中的应用研究和设计。
1. 简介心率检测仪通常由多个部分组成，包括心率传感器、信号调理电路、数据处理模块和显示模块。
其中，数据处理模块是关键部分，负责对从心率传感器获取的模拟信号进行数字化处理，并计算出心率值。
STM32单片机作为一种嵌入式微控制器，具有高性能、低功耗和丰富的外设接口，非常适合用于心率检测仪的数据处理模块。
2. STM32单片机的选择在选择适合的STM32单片机型号时，我们需要考虑以下几个方面：- 处理能力：根据心率检测仪的要求，选择适当的处理器速度和内存容量，以满足实时处理心率数据的需求。
- 电源管理：心率检测仪通常是便携式设备，需要考虑芯片的低功耗特性和电源管理功能，以延长电池寿命。
- 外设接口：选择具备足够的通信接口和IO口，以连接心率传感器、显示屏和其他外部设备。
3. 心率传感器接口设计心率传感器通常采用光电测量原理，通过检测皮肤上的血液流动变化来获得心率数据。
在STM32单片机中，我们可以使用模拟输入通道来接收心率传感器的模拟信号。
该模拟信号由心脏搏动引起的光电信号经过信号调理电路处理后产生。
4. 数据处理算法设计在STM32单片机中，我们可以使用数字信号处理算法来处理从心率传感器获得的模拟信号，并计算出心率值。
常用的方法包括傅里叶变换、滤波和波形识别等。
这些算法可以通过软件实现，也可以借助STM32单片机的硬件加速器和数学运算预处理模块来提高计算效率。
5. 数据显示设计STM32单片机通常配备有液晶显示屏和触摸屏接口，可以用于显示心率数据和用户交互。
在心率检测仪中，我们可以将心率值实时显示在屏幕上，并设计相关界面和功能，如历史数据记录、报警功能等。
基于STM32的脉搏心率检测仪原理及功能设计
基于STM32的脉搏心率检测仪原理及功能设计概述：基于STM32的脉搏心率检测仪是一种用于监测人体脉搏和心率的设备。
它采用STM32微控制器作为主控芯片，结合传感器和相关算法，能够准确地检测脉搏和心率，并显示在设备的屏幕上。
本篇文章将介绍该脉搏心率检测仪的原理以及相应的功能设计。
一、原理：1. 传感器采集数据：脉搏心率检测的第一步是通过传感器采集心脉搏信号。
传感器可以是光电传感器或压力传感器，用于检测心脉搏的变化。
2. 信号预处理：从传感器获取的心脉搏信号可能包含噪声，需要进行信号预处理以滤除噪声。
预处理可能包括滤波、放大和幅值调整等。
3. 信号处理和心率计算：预处理后的信号被送入STM32微控制器进行处理。
通过鉴别信号的上升和下降沿，可以精确计算脉搏的频率，并由此计算出心率。
4. 结果显示：心率计算完毕后，结果将在设备的屏幕上显示出来。
此外，可以考虑添加存储功能，将历史数据保存下来，供用户进行回顾和分析。
二、功能设计：1. 脉搏检测功能：该设备能够准确地检测用户的脉搏，并根据脉搏的频率计算出用户的心率。
2. 心率显示功能：设备上配备有液晶显示屏，能够清晰地显示用户的心率数值。
用户可以实时了解自己的心率情况。
3. 报警功能：设备可以根据用户设定的心率阈值进行报警。
当心率超过或低于设定的阈值时，设备会发出警示音或震动，提醒用户注意身体状况。
4. 历史数据存储功能：设备可以将用户的心率数据保存起来，供用户回顾和分析。
可以考虑添加存储芯片，或者使用蓝牙等无线技术将数据传输到手机或电脑上进行保存。
5. 电量检测功能：设备上应配备电量检测模块，用于实时监测设备的电量。
当电量过低时，可以给用户提醒并及时进行充电。
6. 人机交互功能：设备应提供简单直观的界面，方便用户进行操作。
可以考虑使用按键或触摸屏等方式进行交互，以提高用户体验。
总结：基于STM32的脉搏心率检测仪是一种非常有用的健康监测设备。
通过使用STM32微控制器和相关传感器，可以实现对用户脉搏和心率的准确检测，并提供丰富的功能，如心率显示、报警、历史数据存储等。
基于STM32的脉搏心率检测仪电路设计与实现
基于STM32的脉搏心率检测仪电路设计与实现脉搏心率检测仪是一种常见的医疗设备，用于监测人体的心率变化。
基于STM32的脉搏心率检测仪电路设计与实现是一个重要的技术任务，本文将详细介绍如何设计和实现这样的电路。
首先，我们需要了解脉搏心率检测仪的工作原理。
心率是人体心脏每分钟跳动的次数，通常用每分钟跳动次数（bpm）来表示。
脉搏心率检测仪通过测量人体的脉搏信号来计算心率。
在电路设计中，我们需要考虑以下几个关键的组件和模块：传感器模块、信号调理模块、微控制器模块。
传感器模块是用于获取人体脉搏信号的模块。
常见的脉搏传感器包括心电传感器、光电传感器等。
光电传感器是一种常用的方法，通过使用一个发光二极管和一个光敏二极管来感知皮肤下血液的脉搏变化。
它通过测量光线经过皮肤时的反射量来检测脉搏信号。
信号调理模块用于放大和过滤来自传感器的脉搏信号。
由于传感器的输出信号较小，需要使用放大器将信号放大到合适的范围。
此外，为了去除杂波和噪声，还需要使用滤波器对信号进行滤波处理。
微控制器模块负责处理脉搏信号并计算心率。
STM32系列微控制器是一种常用的单片机，具有强大的计算能力和丰富的外设接口。
在电路设计中，我们可以选择适合需求的STM32微控制器，并根据需要编写相应的软件程序。
接下来，我们将详细讨论一下电路设计和实现的步骤。
首先，选择合适的传感器模块。
根据需求可以选择光电传感器，然后根据传感器提供的技术资料，连接传感器到电路中。
其次，设计信号调理模块。
信号调理模块需要包括放大和滤波电路。
放大电路可以使用运算放大器等器件实现，而滤波电路可以是一个带通滤波器，用于去除杂波和噪声。
然后，选择合适的STM32微控制器，并设计连接传感器和调理模块的接口电路。
同时，根据需求编写相应的软件程序。
程序的功能应包括从传感器读取脉搏信号、对信号进行放大和滤波、计算心率并显示结果等。
在整个设计和实现过程中，应注意电路的稳定性和可靠性。
同时，为了保证电路的准确性，还应进行测试和调试，确保脉搏心率检测仪能够准确地测量人体的心率。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
基于STM32的便携式心电图仪的设计与实现
基于STM32的便携式心电图仪的设计与实现
摘要：随着人们生活水平的提高和医疗技术的发展，人们对健康状况的关注也越来越高。
心血管疾病是威胁人民健康的重大疾病之一，心电图作为一种常见的心血管检测工具，被广泛用于临床诊断。
本文利用STM32单片机和相关传感器构建了一款基于STM32的便携式心电图仪，具有便携性强、实时监测及数据存储等特点，方便患者随时随地进行心电监测，并利用PC进行数据分析，为医生提供辅助诊断。
关键词：STM32；便携式心电图仪；心血管疾病；传感器；数据分析
第一章引言
随着现代医疗技术的不断发展，人们越来越关注自身的健康状况。
心血管疾病作为一种常见的健康问题，对人们的健康产生了严重影响。
心电图是一种常见的心血管检测手段，可以通过记录和分析心脏的电活动，帮助医生进行诊断和治疗。
传统的心电图仪通常体积庞大且价格昂贵，限制了其在临床和家庭使用的普及。
因此，设计一种便携式的心电图仪对于人们的健康管理具有重要意义。
第二章系统构架
本系统基于STM32单片机和相关的传感器构建，主要包括信号采集模块、数据处理模块和显示模块。
2.1 信号采集模块
信号采集模块是系统的核心部分，用于采集患者心电信号并将信号传输给数据处理模块。
传感器通过引导导联将心电信号采集并转换成模拟电信号，然后通过模拟信号处理电路进行
滤波和放大，最后将信号转换成数字信号，并传输给数据处理模块。
本系统选择高灵敏度的心电传感器，以确保信号采集的准确性和稳定性。
2.2 数据处理模块
数据处理模块主要由STM32单片机及其相关外设构成。
该模块用于接收并处理传感器传输的数字信号，实时分析信号特征，并根据预设的算法进行心电图信号的处理和识别。
在识别过程中，可以通过降噪算法过滤背景噪声，并进行心率和心律的计算。
2.3 显示模块
显示模块主要用于实时显示心电图波形和计算结果。
本系统采用LCD显示屏来实现波形的实时绘制，使患者和医生可以直观地观察到心电图变化。
同时，该模块还可以通过蓝牙或USB接口与PC进行数据传输，以实现数据的存储和进一步的分析。
第三章系统实现
本系统采用Keil MDK集成开发环境进行软件开发，并利用STM32的GPIO接口和模拟数模转换模块来实现信号的采集和处理。
为了提高系统的可靠性和稳定性，采用了多重滤波技术和硬件电路保护措施。
在软件开发方面，利用C语言编写了相应的程序，完成了心电信号的采集、处理、显示和传输。
第四章实验与结果
为了验证本系统的可行性和有效性，进行了一系列实验。
首先对系统的信号采集功能进行测试，结果表明系统能够准确地采集到患者的心电信号。
然后对数据处理功能进行测试，结果表明系统能够准确地识别心电图特征，并计算出相应的心率和心律。
最后，通过与传统心电图仪进行对比实验，结果表明
本系统具有相当的准确性和稳定性。
第五章结论与展望
通过本文所述的基于STM32的便携式心电图仪的设计与实现，我们成功地构建了一款便携式的心电图仪，具有便携性强、实时监测及数据存储等特点。
实验结果表明该系统具有良好的可行性和准确性，对于临床和家庭心电监测具有重要意义。
然而，由于篇幅有限，本系统仍有一些不足之处，例如实时传输和数据分析方面的功能可以进一步完善。
因此，未来的工作可以在这些方面进行深入研究，并进一步改进和优化本系统，提高其在临床应用中的可用性和便利性
本文基于STM32单片机设计了一款便携式心电图仪，并通过实验验证了其可行性和有效性。
实验结果表明，该系统能够准确地采集心电信号、识别心电图特征并计算心率和心律，并具有与传统心电图仪相当的准确性和稳定性。
该系统具有便携性强、实时监测及数据存储等特点，对于临床和家庭心电监测具有重要意义。
然而，本系统在实时传输和数据分析方面仍有不足之处，需要进一步完善。
未来的研究可以着重在这些功能上展开，进一步改进和优化系统，提高在临床应用中的可用性和便利性。
综上所述，该便携式心电图仪具有广阔的应用前景。