基于 STM32 的脉搏信号采集系统设计—设计文档

软件设计说明书

目录

摘要 (3)

1详细设计 (3)

1 .1软件简述 (3)

1 .2软件功能描述 (4)

1 .3频率脉宽测量流程处理.............................................................. 错误!未定义书签。

1 .4频率脉宽测量流程处理.............................................................. 错误!未定义书签。

1 .5SD卡的存储通讯处理................................................................ 错误!未定义书签。

1 .6PWM脉冲发射控制 (11)

2编程协定 (14)

2 .1操作系统 (14)

2 .2调试工具 (14)

2 .3编译链接工具 (14)

摘要

当今许多用于心血管功能等方面的医疗探测治疗设备可以检测、显示和记录能够体现人体健康情况的相关生理信号，已经开发和生产出来用于诊断心血管等疾病的仪器已被投入临床使用[4]。医务人员参照医疗设备的检测分析结果来对人体深浅动脉的硬化状况作出一个专业的诊断。目前，国内外也都研发生产了用于协助医生来对心血管功能检测和诊断的多类型多功能的医疗设备仪器。随着电子技术的发展以及人们对科学诊断的要求，一些精密的多功能的医疗检测仪器相继被研发生产并投入使用，但其核心技术还在探索、细化的成熟过程中[5]。目前国际上还没有公认的比较完善的标准测量技术指标，每种测量方法都会限于条件而过于偏重理论从而存在不够完善的地方。脉搏波和动态血管血流学原理的使用，能为我们对疾病的分析提供理论依据。中医脉诊是基于脉搏波技术，在腕部的挠动脉处来感知脉搏状态的变化从而辨识疾病。伴随计算机处理计算等技术的提升，医疗检测设备已开始利用电子科学技术来探测及分析疾病特征，找出其中各参数内蕴含的人体生理信息[6]。目前一些医学检测仪器正尝试利用传感器来代替医生手指感觉，通过传感器来获取人体脉搏信号，来分析脉搏波的特征信息，以此判断人体生理状况。长久以来，各种高性能多功能的医疗检测设备已被研制，其中一些性能优秀的已应用于临床使用。这些仪器基本都使用的方法是将某一形式的能量转换装置至于需要检测的部位，原理是将脉搏的压力信号转化成电压信号，然后在进行一系列放大滤波处理，最后以存储等方式记录这些微弱的生理、病理信号，或运用计算机等处理，最终对其进行分析研究[7]。脉搏波也用于在心血管等疾病的检测中，心血管功能的方面的一些参数需要用到脉搏波中所蕴含的一些特征。当前有两种最常用的方法，其一为北京工业大学罗志昌等在在大量的实验中提取数据而总结出来的K值分析法。与临床中获取的参数进行对比，由K 值分析方法导出的血流参数有很比较高的相关性。根据这一理论方法研发生产的用于检测心血管血流等参数的医疗检测设备已进入医疗器械市场，许多已投入临床使用。图1.1所示产品为我国生产的TP-CBS I 型心功能参数无创检测仪，其功能可以实现从挠动脉出采集脉搏信息，然后再一起内部分析计算，可检测出13项人体心血管功能方面的参数。

关键词

治疗设备采集系统

1 详细设计

1 .1软件简述

本系统以STM32 为核心，外围有脉搏信号调理电路、模数转换电路、LCD 显示及报警电路、串口通信电路，整个系统主要有这些部分构造而成。本系统的模块化设计思想使得各部分要实现的功能划分的更加清晰明确，设计及调试时都会很方便。系统框图如图所示。

1 .2软件功能描述

1 .2.1 软件功能介绍

系统基于STC89C52单片机，主要的模块有热释电红外传感模块、温度检测模块、蜂鸣器报警模块、数码管显示模块和GSM短信报警模块。系统整体框架如图1所示。

1 .2.

2 软件基本框架

信号调理部分采用了模拟比较器输入的结构，下图是本软件的基本框架图和主程序流程图。

图一基本框架图

本系统需要对获取的模拟信号进行再处理，因为通过脉搏调理电路得到的脉搏信号是仍然掺有杂波等干扰的模拟信号，需要对其进行优化滤波处理后才能被用来参考分析。本系统使用性能较高的STM32 芯片作系统的处理器，对模拟信号的转换使用的是芯片内部自带的具有较高精度的12 位A/D 转换器，模数信号转换时，算法处理对该数字信号进行滤波和脉搏率计算，并以此得到更符合实际的脉搏信号，然后将处理后的脉搏数字信号以波形的形式显示在LCD 液晶屏上，同时显示脉搏率，给人以清晰的认识，方便观察及分析人体脉搏的变化情况。当人体脉搏频率发生异常时，系统中的报警电路会发出警报提醒，以便采取措施。

图二主程序流程图

1 .3LCD显示

系统启动后会先进入系统显示初始化，然后判断K1 是否被按下，按下后进入启动AD 采样流程，对脉搏信号进行转换，然后在处理器中进行中值滤波和移动平均滤波处理，同时计算脉搏频率，然后将脉搏数字信号以波形的形式显示在TFT 液晶屏上并显示脉搏频率。

1 .3.1 子程序流程图

1 .3.

2 设备侧实现

该显示屏支持中、英文字符显示，显示信息量大并且支持串行通信，控制十分方便。由于STM32主频高达72MHｚ，故在本设计中选择串行控制，在满足速度要求的条件下节省了IO口。除了将电源引脚、背光引脚接入系统电源并将PSB引脚接地之外，用单片机的3个IO口操作CS、SID、SCLK3个引脚便可实现对该显示模块的控制。

1 .3.3 设备侧实现

为了保证采样的精度，因此采用了2路ADC并联使用，使得采样率达到4．8MHｚ，保证了在500ｋHｚ的噪声频带上也能有10倍的采样率。

将噪声采集后使用DMA传输8192个点的噪声信号，计算噪声的幅度，并根据噪声的最大值与均方根值确定比较器的电压幅度门限，然后通过DAC发出门限电压信号给比较器，形成电压门限。

承载了单频脉冲的待测信号经过了模拟比较器后变成了1个方波信号，方波信号进入了微控制器芯片检测端，该信号会触发中断，从而开始记录信号的脉冲次数以及信号的脉冲长度，通过脉冲长度与脉冲次数的商值可以得到信号的频率、脉宽。当信号的2次脉冲的间隔小于预设区间或者大于预设区间时，就会被判定为无效脉冲或者是噪声脉冲，由此减小信号的虚警概率。

1 .4热释电红外传感模块

热释电红外传感模块主要用来对室内是否有人体进行检测，主要由热释电红外传感器RE20HDB和BISS0001处理芯片构成。BISS0001是CMOS类具有独立的高输入阻抗运算放大器，可以与多种传感器匹配，进行信号处理，能有效的抑制其他信号的干扰，稳定性高，调节范围广。