心电实时监测系统（通用10篇）
心电实时监测系统 篇1
前言:心电实时监测系统不仅可以有效的对心脏病患者进行诊治, 还可以在军校体能训练中对人员进行实时的监控, 所以设计一种智能化的心电实时监控的系统是非常重要的一项工作。单片机技术是一种比较新兴的科技技术, 由于其科技化的优势已经被应用到各个领域当中, 因此运用单片机技术对心电实时监测系统进行设计就会让整个系统更加智能化、人性化。
一、心电实时监测系统的总设计
在对心电实时监测系统的设计的时候, 要注重安全原则、准确原则、简易原则、可靠原则、实时原则、先进性原则等等, 还要让系统具有智能化和操作简便化的特点。其整体的结构设计图如图1所示[1]。
二、心电实时监测系统的硬件设计
2.1对电路的设计
电路的设计首先要进行模拟电路的设计, 设计完成之后就可以采集心电的信号。其中心电电极也叫做导引电极, 它一般使用吸附电极、金属平板电极、浮悬电极和圆盘电极等等。心电导联是将心电图机的导线连在人体表面的两个不同位置上, 仅能通过机器观察到患者的心电波形。缓冲级电路的设计是将输入阻抗有效提高、输入噪声有效降低。其输入端的电压跟随器可以选用LM324芯片, 因为它具有内外补偿的功能和静电保护的功能优势。右腿驱动电路的设计是要将共模干扰完全消除, 所以在设计中可以采用反相放大器来对信号进行深度反馈, 这种设备可以有效的降低噪音。对前置放大电路进行设计的时候, 先要将前置放大, 才能进入系统当中。在放大器的选择上, 可以使用直流输入的放大器, 这种仪器能够有效的提高监测的准确性。
2.2数字部分的设计
由于MSP430系列的单片机具有便携式与低功耗的优势, 所以在硬件设计中数字电路的设计可以选用MSP430系列的单片机。建立通信线路来传输数据, 从而将数据通过液晶显示屏显示出来, 有效的增强了监护的功能, 并且还增加了系统的简便性。单片机的性能要满足运行快、低功耗的特点, 并且还要通过单片机的中端口对每一个模块的功能进行控制和中断。模块转换电路的设计要有效的保障其转换精确度, 所以转换器的选择要在实际运行的范围之内。数据存储的电路设计要保障对心电信号进行长时间的记录, 所以要使用外部储存器较大的SD卡。系统中的液晶显示电路的设计要实现人机对话的功能。
2.3电源变换电路的设计
电源变换电路中3V电路电压的设计应该满足系统的低能耗和电压稳等要求, 所以可以在电路的端口处设置一个滤波电容来减小干扰。而如果电路电压为5V的时候, 就要将3V的电路电压有效转换为5V的电路电压, 在芯片的选择上要满足输出电纹波小、外接电感小等要求。
三、心电实时监测系统的软件设计
3.1心电信号控制和采集程序的设计
首先, 对中断系统进行设计的时候, 要有效的管理开发调试的环境, 通过调用实现中断的功能。心电信号采集程序的设计要使用定时器将AD进行转换, 当定时器进行中断的响应的时候, 就要采集转换心电数据。AD的转换程序的设计是要满足高精度的转换, 通过设置相应的转换参数, 实现单次转换或多次转换。液晶显示子程序的设计是要实现显示菜单、控制器、心电波形动态等等系统需求。串口通信子程序的设计是要完成数据的接收和数据的传输两个功能, 系统会通过串口对其发出指令, 从而进行数据的实时传输。
3.2心电信号处理分析程序
QRS波的检测是心电信号处理的中心环节, 所以在进行设计的时候, 要对QRS波群的位置进行确定, 由于过程中会出现很多干扰的信号, 所以在设计中要有效的减少干扰才能准确的减少噪声。这一过程主要可以实行基线漂移的方法进行控制, 从而让系统的软件系统设计得更加精确。
结论:综上所述, 本文对单片机在心电实时监测系统中的总体设计、软件设计与硬件设计做出了探究, 但是在实际的应用中还有一些问题需要改进, 对技术进行不断的完善和优化才能让这一系统更加智能化的辅助治疗。
摘要：心电图是医生对患者进行诊断的一种重要依据, 尤其是对于心脏病患者来说, 拥有一个实时对心脏的状况进行监测的系统更加有助于医生对于他们的诊治, 所以运用单片机这一技术应用在心电实时监测系统中, 就可以让医生有效的对其制定治疗方案并诊断病情。本文就要对基于单片机技术的心电实时监测系统进行设计与研究。
关键词：单片机,心电实时监测系统,研究与设计
参考文献
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心电实时监测系统 篇2
摘要：一种基于单片机的传真信息实时监测系统设计方案。介绍三类传真通信的基本原理和规程、调制解调器的选择和运用以及具体的监测流程等。单片机对传真机的收发信息进行实时监测，并将监测到的信息存储在外部FIFO芯片中，及时被计算机等设备读取存档。关键词：传真 调制解调器 T.30协议
传真通信是利用扫描和光电变换技术，将文字、图片、照片等静止图像由发端经有线或无线信道送往收端，并在收端重现静止图像的通信方式。20世纪70年代以来，由于在公用电话交换网上开放文件传真业务，传真通信得到了大力发展，成为人们传输信息的主要手段之一。随着传真业务的扩大，对传真信息管理的要求随之提高。本系统就是为了便于管理各类传真收发信息而开发的，可实时监测传真机的收发情况，正确记录进出传真机的文档及传真机的工作日志，实现在地域上分离的传真机的集中管理。
本系统主要是针对文件传真三类机的，也可以兼容二类传真机。
1 文件传真三类机的通信协议
文件传真三类机在整个通信过程中遵循ITU-T建议的T.30协议。T.30协议将整个传真通信过程分成五个阶段，描述了如何开始、完成以及结束传真传输的规程。传真通信过程和电话通信过程类似，按照时间段分成的五个阶段如图1所示。
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（1）阶段A――呼叫建立
呼叫建立是通过主叫拨号和被叫应答，在公共电话交换网上建立连接的过程。其过程与电话呼叫基本一致。一次传真呼叫或应答可以人工实现，也可以自动实现。根据主叫站和被叫站所采用人工和自动操作方式的不同组成，T.30协议中规定了相应的四种操作方法。
（2）阶段B――报文前过程
这是传真机在传送报文前作准备工作的过程。该过程包括性能标识、命令发送及可以接收的证实等。为此，文件三类机在该过程中运用了以下两种信号：
命令信号――标识本端传真机工作状态、性能，控制对方传真机的工作状态等。
响应信号――用于对命令信号进行回答，将接收到命令后的传真机工作状态通知对方。
所有的命令信号与响应信号都由二进制信号构成，二进制信号的HDLC帧格式如图2所示，帧结构的传真控制字段FCF中传送的就是命令信号与响应信号。
（3）阶段C――报文中过程和报文传输
报文传输是传输报文的阶段。这了确保传输质量，在该阶段还同时安排了报文中过程，由它控制该阶段的全部信号，例如报文中的`同步信号、差错检测和纠正、线路监测等。
（4）阶段D――报文后过程
报文后过程是报文后的处理阶段。发端发完报文后告诉收端报文传输结束，收端则向发端报告收信结果，并等待发端命令，决定下一步如何处理。为此，在该阶段使用了报文结束信号、证实信号、多页信号、传真结束信号等。
（5）阶段E――呼叫释放
呼叫释放由人工或自动实现，并将电话线路由传真机收发方式切换到电话机通信方式。
2 系统硬件设计
系统设计的关键在于Modem芯片的选择。本系统采用的Modem芯片是Rockwell公司生产的R144EFX芯片。R144EFX芯片除具有一般调制解调器具备的短训练序列选项、HDLC编解帧功能、话音方式发送/接受等优点外，还具有其他特点。它不仅可以满足ITU-T建议V.33、V.17、V.27ter、V.21的信道2、T.3、T.4所规定的技术要求及T.30所规定的二进制信号方式外，还可以工作在更多速率下，如14400、1、9600、4800、2400、300bps。R144EFX属于智能芯片，它自带一个数字调频（FSK）信号检测器，可以在高速报文状态下自动检测FSK信号；三个可编程的单音信号检测器；一个双音多频信号检测器，可以检测到主叫方的电话号码。R144EFX的硬件接口如图3所示。
R144EFX的软件接口通过DSP内部接口存储器实现，DSP由双端口接口存储器与主处理器相连。DSP中的接口存储器由32个8位寄存器（分别标为寄存器00～1F）组成，主处理器和DSP能对每个寄存器进行读/写操作。主处理器通过设置DSP接口存储器的控制位以及通过DSP接口存储器将参数写入DSP RAM来控制Modem的操作。另一方面，主处理器靠读取DSP接口存
储器中的状态位以及通过接口存储器读取DSP RAM中的参数值来监测Modem的工作。当CS有效时，5根寄存器选择信号线RS0～RS4用来寻址被选通DSP接口存储器中的接口寄存器。
3 系统软件设计
本系统因为是监测传真信息，所以无需按照完全的T.30协议工作，可以相应地简化传真各阶段的流程。
（1）阶段A的监测
一种方法通过监测传真机对应电话线上的电压来判断传真机是否处于摘机状态，可以用硬件实现。另一种方法是直接进入阶段B查询，查询不到报文前的二进制信号则等待。本系统采取第二种方法，以便降低硬件的复杂度。
（2）阶段B的监测
本系统监测阶段B中的命令和响应信号有：
数字命令信号DCS，该信号由主叫方向被叫方发送，表明主叫方将进入发送机工作状态，将向被叫方发送文件，并命令被叫方进入接收机工作状态。
可以接收的证实信号CFR，该信号由接收机发向发送机，证实全部报文前过程已完成，通知发送机可以开始发送报文，进入阶段C流程。
监测到DCS二进制信号后，需要记录DCS信号的FIF信息字段。此字段表明了设备的兼容性、数据信号速率、扫描线密度、记录纸尺寸、最小扫描时间等，用来决定阶段C过程中的Modem芯片接收模式。
（3）阶段C的监测
将Modem设置为阶段B过程中监测到的信息传输模式，开始接收传真数据并写入片外的FIFO芯片，接收到一个传真数据后需判断T.3协议流程是否进入阶段D。
（4）阶段D的监测
阶段D中的信号与阶段B中的信号模式相同，本系统中监测的命令和响应信号有：
多页信号MPS，该信号表示一页文件已经送完，在收到收方的证实信号后回到阶段C的起点，开始传送下一页文件。
报文结束信号EOM，该信号表示一页文件已经送完，并转回到阶段B的起点。
（5）阶段E的监测
进入阶段E后，系统无需再对本次传真过程监测，可以直接进入下次传真监测的起点等待传真信息的到来。
具体实现时，程序流程见图4。
心电实时监测系统 篇3
摘 要 测试北京依科曼生物技术股份有限公司生产的“闪讯”害虫远程实时监测系统监测水稻二化螟。试验结果表明，该系统自动计数较准确，诱测效果良好，与测报灯诱蛾量及田间发生动态趋势一致，吻合度较高，能较好地反映二化螟各代种群数量动态。
关键词 害虫远程实时监测系统；二化螟；性诱剂；监测
中图分类号：S436.8；TP274 文献标志码：B 文章编号：1673-890X（2016）06--03
秀山县常年种植水稻2 万hm2左右，二化螟[Chilo suppressalis（Walker）]是水稻生产上的重要害虫。二化螟虫情监测预警，主要利用测报灯结合田间调查等方法进行，劳动强度大，费力费时。利用昆虫性信息素进行害虫种群监测，由于其专一性和敏感性的优势，不需要进行种类鉴定，受到国际植保专家的认可和基层技术人员的欢迎[1]。性信息素和性诱剂作虫情测报，具有灵敏度高，准确性好，使用简便，费用低廉等优点，应用越来越广泛[2]。但在利用二化螟性诱监测技术进行远程实时自动记载、传输和监控的研究报道较少。2015年，进行了害虫远程实时监测系统在二化螟监测上的应用试验，测试北京依科曼生物技术股份有限公司生产的“闪讯”害虫远程实时监测系统，验证该系统的自动计数的准确性和诱测效果。
1 材料与方法
1.1 供试材料
试验设备为北京依科曼生物技术股份有限公司生产的“闪讯”害虫远程实时监测系统1台，型号为3SJ-1。该系统包括害虫诱捕器、环境监测器、数据处理和传输系统、供电系统、支架和避雷针和软件处理系统等。害虫诱捕器主要用于特定害虫的诱集、触杀。环境监测器主要用于监测环境温度、湿度等气象因子。數据处理和传输系统主要用于对诱捕触杀的害虫进行自动计数及气象因子的序列记载和远程传输。供电系统主要由太阳能电池板及蓄电池组成，保证系统在田间野外环境中自行取得自然能源，维持系统长期运作。软件处理系统采用电脑、手机、IPAD等可接入互联网的设备，进行数据查询、处理分析和储存等管理工作。试验设200 W频振式测报灯、屋式二化螟性诱剂诱捕器各1台作对照工具。闪讯诱捕器和屋式诱捕工具的诱芯为PVC毛细管型。
1.2 试验作物及监测对象
试验作物为水稻，监测对象为二化螟。
1.3 试验田基本情况
试验设在秀山县清溪场镇东林居委大坟堡组，地理坐标为北纬28°24′32″，东经108°53′41″，海拔386 m。试验区地势平坦，为渝东南稻油两熟轮作、一季中稻区，二化螟常年发生较重。
1.4 田间诱捕器放置
诱捕器设置在比较空旷的田块上。“闪讯”害虫远程实时监测系统、测报灯和屋式诱捕器共3台以间距100 m、正三角形放置。放置高度在水稻拔节前高于水稻冠层10～20 cm，水稻拔节期及以后诱捕器底边接近水稻冠层叶面。
1.5 调查方法及分析
试验时间为在4-9月，在二化螟的主要发生期进行系统监测。每日09：00人工调查各诱捕器诱虫数量，并核查自动计数系统所计数据，计数后清空诱捕器。试验数据进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 系统自动计数的准确性
4月15日-9月5日按日数计算，自动计数与人工计数虫量一致的天数为112 d，计数准确率为77.8%。自动计数与人工计数虫量不一致的天数为32 d，存在多计数或少多计数，多计数1头的天数有12 d，多计数2头的天数有3 d，少计数1头的天数有11 d，少计数2头的天数有1 d。按诱虫数量计算，自动计数累计虫量为172 头，人工计数诱累计诱虫量为168头，误差率为+2.4%。SPSS统计分析配对样本t检验，相关系数r=0.952，t值为0.553，df=143，双尾P=0.581>0.05。结果表明，自动计数虫量与人工计数虫量无显著差异，准确性较高，效果显著（图1）。
2.2 不同监测工具的诱测效果
2.2.1 诱虫数量
4月15日-9月5日试验期间不同监测工具诱集二化螟成虫的效果比较得出，“闪讯”害虫远程实时监测系统、屋式诱捕器和频振式测报灯日均诱虫量分别为1.17头、0.97头和1.22头，最高单日诱虫量分别为10头、8头和12头，累计诱虫量分别为168头、142头和175头。在整个试验期间（共144 d），“闪讯”害虫远程实时监测系统的日均诱虫量、累计诱虫量分别是屋式诱捕器的1.21倍、1.18倍，是频振式测报灯的0.96倍、0.96倍。结果表明，“闪讯”害虫远程实时监测系统诱虫效果与对照工具无显著差异。
2.2.2 不同监测工具诱蛾动态消长情况比较
不同监测工具的诱测二化螟成虫效果（见表1）看出，成虫各世代始见日、高峰日、终见日比较接近，成虫发生期吻合度较高，以越冬代二化螟蛾高峰最为明显，单日诱虫量最高，性诱效果比其他代次好。从逐日诱虫量趋势曲线（见图2）看出，3种诱捕工具诱测成虫的发生趋势总体上趋于一致，以“闪讯”害虫远程实时监测系统的诱蛾趋势与频振式测报灯最为接近，峰型最为明显，吻合度最高，峰型最为明显，且蛾峰发生期基本一致，蛾峰日与灯测也基本一致。“闪讯”害虫远程实时监测系统与屋式诱捕器逐日诱虫量SPSS统计分析配对样本t检验，相关系数r=0.814，t值为2.054，df=143，双尾P=0.056>0.05。结果表明，“闪讯”害虫远程实时监测系统与屋式诱捕器逐日诱虫量无显著差异。“闪讯”害虫远程实时监测系统与频振式测报灯逐日诱虫量SPSS统计分析配对样本t检验，相关系数r=0.879，t值为-0.588，df=143，双尾P=0.557>0.05。结果表明，“闪讯”害虫远程实时监测系统与频振式测报灯逐日诱虫量无显著差异。
2.3 监测系统数据与田间发生情况比较
3月10-12日，田间调查水稻螟虫冬后密度，二化螟冬后活虫密度平均为227.8头/667 m2，越冬代二化螟发蛾始盛期为4月28日，高峰期为5月9日，盛末期为5月15日；一代二化螟卵孵始盛期为5月12日，高峰期为5月16日，盛末期为5月22日。诱测结果表明，“闪讯”害虫远程实时监测系统与田间二化螟成虫发生期、发生量基本一致，反映了田间二化螟发生变化情况。
2.4 气象因子和非靶标昆虫对诱捕效果的影响
2.4.1 气象因子的影响
二化螟越冬代成虫发生期平均温度20.4 ℃，相对湿度83.4%，降雨量3.0 mm，一代成虫发生期平均温度25.4 ℃，相对湿度83.9%，降雨量1.5 mm，二代成虫发生期平均温度23.7 ℃，相对湿度88.9%，降雨量8.0 mm。据监测工具诱测结果与气象因子的比较分析，降雨、风力、温度等因子对诱虫量的影响不明显。据试验期间气象条件分析，无大风大雨等极端气象因素对监测工具的影响。
2.4.2 其他非靶标昆虫的诱集及其影响
据观测和统计，害虫远程实时监测系统诱捕器没有诱集到个体较大的非靶标昆虫，对二化螟诱测的影响和干扰较小。有时诱集到小个体（几毫米）的非靶标昆虫，这些小非靶標昆虫对系统自动计数是否有影响有待进一步研究。而频振式测报灯除诱集二化螟外，还诱集了其他多种昆虫，这些混杂的虫种常影响二化螟虫体的完整性，增加了识别记数和监测的难度。
3 结语
二化螟性诱监测具有高度的灵敏性、准确性、专一性、环境友好性等优点，已广泛应用于测报。试验结果表明，“闪讯”害虫远程实时监测系统自动记载数据与人工记载数据之间的吻合程度较好，自动计数虫量与人工计数虫量无显著差异，自动计数准确率达77.8%，计数准确性较高，效果良好。
“闪讯”害虫远程实时监测系统对二化螟诱测效果良好，与测报灯诱蛾量的动态趋势一致， 与当地二化螟田间发生情况一致，吻合度较高，表现为诱测虫量较集中、有明显峰型，能较好地反映各代种群数量动态情况。结果表明，该系统的逐日诱虫量、诱蛾动态消长情况与屋式诱捕器、测报灯无显著差异。其受光源、天气等环境因素影响较小，而屋式诱捕器和测报灯受大风大雨等极端气象因素的影响较大，且测报灯还受灯光干扰和电压不足的影响[3-7]。该系统比屋式诱捕器及测报灯更专业，简易方便，放置灵活，操作安全，稳定性好，使用成本低，诱蛾专一、清晰，虫体容易识别，可自动记载和远程传输，预报较准确。
继续改进和完善系统性能。试验结果表明，“闪讯”害虫远程实时监测系统对二化螟的监测效果较好，能够满足当前测报工作的需求，通过网站实现统一查询、实时读取，实现害虫远程实时监测自动化。试验中发现，手机短信获取诱虫信息时，内容不很清晰，建议按日诱虫量每天1次发送手机短信，提高系统信息传输水平。随着该害虫远程实时监测系统工具的性能不断改进和完善，进一步提高诱捕器的结构和性能，完善远程数据分析及利用，在害虫监测应用方面可替代测报灯进行二化螟预测预报。该系统作为先进、实用、简便的现代新型测报工具，具有广阔的推广应用前景。
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无线心电监测系统的设计 篇4
关键词：无线心电监测系统,MSP430单片机,心电信号
心脏机械性收缩之前,心肌先发生电激动。心肌的电激动传布全身,在身体不同部位的表面发生电位差。通过心电图机把不断变化的电位连续描记成的曲线,即心电图[1]。本文依心电图机原理设计了一种新型的无线遥测心电监测系统。
1 系统整体设计
系统的总体结构框图如图1所示:
1.1 单片机的选择
系统选用的是TI公司MSP430系列中的MSP430F413型单片机。该单片机带有8KB FLASH;256B RAM;有48个I/O口;96段LCD驱动电路;16位看门狗定时器(WDT);8位基本定时器(Basic Timer1);1个16位定时器Timer_A(带有3个捕获/比较寄存器);比较器A(Comparator_A)等采用64PM封装[2]。
1.2 多路选择开关的设计
心电信号不同导联方式可以通过多路开关进行选择,本系统所用的多路选择开关为CD4052。该芯片是一个双4选1的多路模拟选择开关,应用时可以通过单片机对该芯片AB两端口的控制来选择输入哪一路。例如需要输入的信号为第3路Y组,只要单片机对AB写入11即可选中该路,然后进行处理。
1.3 放大电路和滤波电路的设计
缓冲放大器其输入接CD4025的输出信号,按照心电行业国家标准,其输入阻抗大于2MΩ。主放大电路分两级,总放大倍数满足A/D转换芯片的量程要求。采集的体表心电图会有干扰,为排除干扰得到真实可靠的心电信号要对采集的信号进行滤波。心电信号为低通信号,为去掉高频杂波在电路中设计一个100Hz低通滤波电路,达到滤波的目的[3]。
1.4 A/D转换部分设计
经过滤波后的心电信号仍然为模拟信号,需要把模拟信号转化为数字信号。MSP430F413内部没有集成A/D转换模块,虽然可以利用集成的比较器A进行A/D转换,但是考虑到积分电路的转换时间,实际应用中采用了A/D转换芯片TLV5580。该芯片是TI公司生产的80 MSPS高速流水线A/D转换器,其输出和电压与3.3V TTL/CMOS兼容,不需要外加电源,简化了电路设计。该芯片完全满足心电信号转换的要求。
1.5 无线通讯部分设计
无线通讯部分采用了n RF2401芯片。n RF2401是单片射频收发芯片,工作于全球开放的2.4GHz频段,芯片内置频率合成器、功率放大器等功能模块。该芯片有125个频道,满足多频及跳频需要;高速率1Mbps,高于蓝牙,具有高数据吞吐量;发射和接收的电路相同,只需很少的外围设备就可以使其工作。本系统为实现节能的目的,采用Shock Burst TM收发模式。在Shock Burst TM收发模式下,n RF2401自动处理字头和CRC校验码。在接收数据时,自动把字头和CRC校验码移去。在发送数据时,自动加上字头和CRC校验码,当发送过程完成后,数据准备好引脚通知微处理器数据发射完毕。该方式减轻了软件设计的工作量[5]。
1.6 串行通信部分设计
本系统采集的心电信号可以发送给PC,PC可以实现对接收到的心电信号的记录。由于PC串行口采用的EIA-RS-232C标准与单片机的TTL电平和逻辑关系是不同的,所以RS-232C与TTL电路接口时需进行电平转换。本系统采用的RS-232电平转换芯片为SP3220E。该芯片仅需外接5个0.1μF的电容(如图2所示),就可以实现RS232C和TTL电平间的相互转换。由于MSP430F413没有硬件通用串行同步/异步模块,所以只能利用定时器模块由用户软件控制,将数据一位一位的移入和移出。
2 软件设计
软件设计包括了初始化、定时模块、采集模块、无线通讯模块和串行通讯模块几部分。框图如图3所示:
2.1 初始化
该程序的功能是进行初始化系统各个模块,设定单片机的中断体系,等待中断的发生。
2.2 定时器模块
该程序的功能是设定系统中的时间,比如多路开关转换的时间,开启A/D转换的时间,无线通讯中发射信息的时间等。
2.3 采集模块
该程序的功能是采集心电信号。其中的多路开关控制程序控制不同电极信号的输入,依次传入Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、a VR、a VL、a VF、V1~V6十二导联心电信号,A/D转换程序则控制TLV5580芯片的工作。
2.4 无线通讯模块
该程序的功能是信号的无线传输。由于使用了n RF2401芯片,不需要设计通讯协议和和错误校验,从而简化了程序的设计。
2.5 串行通讯
PC端串行通信程序的功能是将心电监测仪传来的数据接收进PC以供进一步处理。利用Visual Basic的MSComm控件可以较容易实现此功能[6]。
3 结果
完成硬件封装和软件调试后,我们对该系统进行了测试。在实验室环境中,接收部分和计算机连接,由用户携带该系统的采集和发射部分,在半径20m内,用户可以自由活动,接收端可以接受到心电信号并传递给计算机。由于简化了电路,缩小了仪器的体积,用户在测量时并未感觉行动不便。
4 总结
本课题研究的心电检测系统,体积小、低功耗,便于病人携带。使用无线通讯方式可以在记录心电信号的同时在计算机实时观察到信号。另外,数据传递给计算机后由计算机存储在硬盘中,不需要监测系统本身外加扩展存储器,节约了成本。串行通信部分,使用定时器实现串行通信。这种方法的传输可靠性较高,对系统资源的占用较少。由于没有采用硬件UART模块,也大大降低了系统的成本。
该仪器可以准确地测得患者的心电,和PC相连还可以通过进一步编写计算机软件来检测心率异常,并打印心电图。
参考文献
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心电实时监测系统 篇5
1.1安全监测指标选择
尾矿库内存有大量尾矿浆沉淀水，水位相对比较稳定；同时，从尾矿坝坝顶排放尾矿时，矿浆向库内流淌的过程中，矿浆水不断向下渗透；此外，汛期大量降雨。这些因素在尾矿坝体内形成一个庞大渗流场。再者，尾矿沉积体属非均值体，排矿部位又需要经常调换；坝体又在不断增高；况且在尾矿库整个服务期间内，矿源及选矿流程有可能改变，尾矿性能自然也会变化。这就是尾矿坝渗流场异常复杂的原因。浸润线即渗流流网的自由水面线，是尾矿坝安全的生命线，浸润线的高度直接关系到坝体稳定及安全性状，因此，对于浸润线位置的监测是尾矿库安全监测的重要内容之一。
尾矿库内存有大量尾矿浆沉淀水，库水位监测的目的是根据其水位的高低可判断该库防洪能力是否满足安全要求。具体地说：一个完善的设计在设计文本中会给出防洪所需的调洪水深，并要求在设计洪水位（即最高洪水位）时，要同时满足设计规定的最小安全超高和最小安全干滩长度的要求。因此，对于库水位位置的把握可以直接防止尾矿库在汛期避免洪水漫顶溃坝事故的发生，有利于安全监管部门和企业在汛期来临之前，直观地了解和掌握库水位是否达到了设计要求的汛前限制水位。由此可见，库水位的连续动态监测也是尾矿库安全监测的重要内容之一。
尾矿库发生溃坝灾害，坝体位移是灾害演化过程的直观反应指标，因此对于坝体下游坡变形的掌握，可以及时发现尾矿坝变形率和发展速度，有利于安全监管部门和企业进行科学的应急决策，并及时采取应急对策措施，从而避免灾害的发生或者减少灾害发生造成的危害。
在定量评价尾矿库的防洪能力时，需要测定滩顶标高和设计最高洪水位下允许达到的干滩标高，当前的检测方法较难准确并快速测定这两个指标，问题在于水边线的界线很不明显，该处又无法进人，通常只能目测。据此推算出来的总干滩长度和调洪干滩长度自然也是极不可信的。因此，在尾矿库安全自动化监测系统中，应增加快速并简捷的标高测定方法。因此，滩顶标高和设计最高洪水位下允许达到的干滩标高，是尾矿库安全监测需要测定的指标。
此外，在尾矿库安全监测系统中，为了实时掌握尾矿库库区的情况和运行状况，通常在溢水塔、滩顶放矿处、坝体下游坡等重要部位设置视频监测设置，以满足准确清晰把握尾矿库运行状况的需要。综上所述，金属非金属矿山尾矿库安全监测系统监测指标包括：浸润线；库水位；滩面标高；坝体位移；视频图像。
尾矿库安全监测
安全监测系统概述
系统显著特点：
准稳、低功耗、防雷、安装快捷、数据无线传输、太阳能供电
1.1.1 浸润线监测
一般选择尾矿库坝上最大断面或者一旦发生事故将对下游造成重大危害的断面为监测剖面。大型尾矿库在一些薄坝段也应设有监测剖面。每个监测剖面应至少设置5个监测点，并应根据设计资料中坝体下游坡处的孔隙水压力变化梯度灵活选择监测点。尾矿坝坝坡浸润线监测仪器分两类。一类埋设测压管，人工现场实测；另一类是埋设特制传感器，进行半自动或自动观测。
浸润线监测仪器埋设位置的选择，应根据《尾矿库安全技术规程》（AQ2006－2005）中规定的计算工况所得到的坝体浸润线位置来埋设。在作坝体抗滑稳定分析时，设计规范规定浸润线须按正常运行和洪水运行两种工况分别给出。设计时所给出的浸润线位置应是监测仪器埋设深度的最重要的依据。
1.1.2 库水位监测
一般在库内排水构筑物上设置自动监测仪，将所测信号传给室内接收机处理得到库水位。既准确，又适时。需要指出的是，库内排水构筑物一般位于尾矿库内，排水构筑物周边为尾矿澄清水，因此需要在监测系统布置前，针对特定尾矿库的实际情况，灵活选择施工方案。
1.1.3 干滩标高监测
干滩标高的测量不同于其它点标高的测量，这是由尾矿坝自身的运行特点决定的，随着尾矿坝的不断填筑加高，滩顶标高和设计最高洪水位下允许达到的干滩标高是两个动态变化的指标，因此，不能在某一位置架设坚固的不能移动的标高监测设备。
1.1.4 坝体位移监测
正是由于过去对尾矿坝坝体位移监测认识不足，尾矿坝位移监测手段不多。坝体变形计算至今尚未纳入设计规范。对于较大的尾矿坝，设计仅在坝体表面设置位移观测桩。具体监测手段主要有人工用经纬仪监测和GPS自动监测两种。根据坝的长短至少选择2～3个监测剖面。一般在最大坝高处、地基地形地质变化较大处均应布置监测剖面。
每个剖面上根据坝的高矮，在坝坡表面从上到下均匀设置4～6个监测点。最下面一个点应设置在坝脚外5～10m范围内的地面上，以用于监测尾矿坝发生整体滑动的可能性。
1.1.5 视频监测
在尾矿库安全监测系统中，为了实时掌握尾矿库库区的情况和运行状况，通常在溢水塔、滩顶放矿处、坝体下游坡等重要部位设置视频监测设置，以满足准确清晰把握尾矿库运行状况的需要。
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可穿戴心电监测产品系统的设计 篇6
如今我国社会老龄化加剧, 慢性疾病患者的基数也在不断扩大。据卫计委统计, 慢性疾病导致的死亡人数已占到全国总死亡的86.6%, 导致的疾病负担占总疾病负担的近70%[1]。心血管疾病是慢性疾病的一种, 病发具有突然性和随机性, 以现有的心血管疾病临床检测手段, 医生对于院外患者的病情往往是不能及时掌握的, 而患者则不得不多次往返医院, 因此心血管疾病的日常监测和预防是改善现有心电监测服务流程的重要方式。
本文以可穿戴设备为切入口, 以移动医疗为实现途径, 利用智能手机的普及以及可穿戴设备方便携带、成本低、体积小、可靠性高和操作简单等优点, 在现有的医疗体系和技术条件下设计出一套硬件加软件的可穿戴心电监测产品系统, 以解决目前心电监测医疗服务流程中存在的问题。
1 产品系统构成
产品系统需要通过硬件和软件的结合, 从而将不同的用户联系起来以形成完整的服务流程, 不同的用户与之连接的硬件以及软件也不一样 (如图1) 。
1.1 系统用户定义
(1) 心血管疾病患者
患者是医疗生态系统的核心[2], 是我国医疗体系主要的被服务对象, 也是目前可穿戴医疗设备的主要用户群体和消费群体。本文研究的心电监测产品系统用户群体为血管疾病患者, 其中病情较轻的院外心血管疾病患者是主要服务的对象, 分为以下三类:一是症状不明显、短时间内检测不出病因且病情较轻没有达到住院标准需要复诊检查的患者;二是处在治疗阶段且病情较轻不需要住院的患者;三是处在康复阶段且已经出院的患者。
(2) 心血管疾病医生
心血管疾病是一种复杂的疾病, 患者对于自身病情的了解及相关医疗知识是非常匮乏的, 而医生是第一时间接触到患者且直接与患者进行对接和交流的, 所以医生往往比患者更了解患者自身的情况及需求。虽然目前有部分厂商可以为用户提供云端心电数据分析服务以及专业医疗团队咨询服务, 但受限于监测数据的精度以及数据库的容量, 云端只能对数据做出大概的分析, 加上我国的医疗政策的限制, 医生必须依附于专业的医疗机构[3], 第三方的医疗团队不具备开出医疗诊断的资格。而目前市面上的大部分厂商并没有将专业医疗机构的医生纳入到他们的服务流程当中[2], 他们的产品无法为用户提供专业的医疗诊断服务, 因此医生也是本文研究的心电监测产品系统的主要用户。
(3) 可穿戴设备厂商
在本文所讨论的心电监测产品系统中, 可穿戴设备厂商也是用户之一。其除了提供基本的产品线上线下服务, 同时要通过与专业医疗机构的合作吸纳优质的医生资源, 还需要负责数据库的建设和维护以保证整个产品系统的数据流通。
1.2 系统构成
(1) 硬件
本套产品系统的硬件包括可穿戴心电监测装置、智能手机以及云端服务器, 其中可穿戴心电监测装置是本文重点讨论的内容。可穿戴心电监测装置用于采集患者的心电信号及呼吸频率, 并将监测到的数据传输至智能手机, 智能手机通过安装相关的应用 (Application, 以下简称APP) 来显示可穿戴心电监测装置发出的数据并将数据上传至云端服务器以完成数据的储存和分析。
(2) 软件
要构建以可穿戴设备为核心的健康医疗服务系统, 离不开大数据云储存技术的保障[4], 因此可穿戴设备厂商需要建立和维护自己的云端服务器, 用于为其用户提供数据储存及分析服务。同时, 伴随着移动医疗的发展, 医疗APP近几年呈现井喷式的增长, 极大地方便了患者的诊疗、治疗、护理[5]。本套产品系统的软件包括云端服务器的数据库管理系统和手机端APP。数据库管理系统用于收集储存上传的患者监测数据以形成数据积累, 并结合中国心血管疾病数据库 (CCDD) 等公共数据库, 利用大数据的算法识别和基于云计算的数据挖掘分析, 为患者提供更加精准的分析报告及建议。APP是本文重点讨论的内容, 根据患者和医生这两个用户群体的需求不同分为患者版APP和医生版APP。患者版APP用于显示由硬件收集到的监测数据以及由云端根据监测数据分析得出的相关报告, 同时也能使患者在线向医生咨询及挂号。医生可以通过医生版APP调取云端服务器数据查询到院外患者和院内患者的病情状况, 方便医生及时掌握患者病情并在线给患者相关的诊断指导及建议, 提高突发情况下医生处理的效率。
2 系统服务模式
由于目前我国只有部分大型医院有患者随访制度[6], 因此以现有的院外心电监测手段是难以方便、准确地捕捉记录到患者突发病变的心电数据, 频繁地往返医院不仅增加了患者的就医成本, 也对医生的工作及医院医疗资源的分配带来了很大的压力。文章设计的产品系统在心血管疾病这一细分医疗领域内, 通过硬件采集数据、软件分析显示数据的基本模式, 为患者和医生增加一个线上沟通的渠道, 将一些无需线下解决的医疗需求搬至线上从而降低患者的就医成本以及医生的工作压力。
2.1 硬件获取渠道
硬件获取渠道如图2所示有两种, 对于病情较重需要长期佩戴的心血管疾病患者, 可以通过传统的销售渠道购买硬件, 获得永久使用权;对于病情较轻只需要短期佩戴的心血管疾病患者, 则可以通过医疗渠道向医院申请租借使用。
2.2 数据传输
数据传输如图3所示, 患者佩戴硬件并由硬件将监测到的数据传输至患者版APP供患者查看, 并在后台将监测到的数据上传至云端服务器进行储存和分析。医生可以通过医生版APP查看到院外患者的监测数据以及由医院上传的住院患者监测数据。同时患者可以通过患者版APP向医生咨询, 医生则通过医生版APP进行回复。可穿戴设备厂商建设维护的云端服务器作为数据中转站, 将负责接收由软件端上传的数据并根据软件端请求发送相应的数据。
2.3 医患沟通方式
医患沟通方式如图4所示, 医生与院外患者间的传统沟通方式无法准确地传递患者的心电数据, 医生无法给出准确的医疗判断, 造成患者需要经常往返医院做检查。而在由软件端以及云端服务器组成的线上沟通模式中, 患者可以选择目前就诊的医生或认识的医生并向其发出咨询, 医生可以通过医生版APP查看患者数据和咨询信息并做出回复, 除了关注住院患者以及向其就诊的患者, 也可以回复其他患者的咨询以增加病患数量和提高知名度。
3 系统硬件设计
本文将从穿戴角度和技术角度来讨论可穿戴心电监测装置的设计。
3.1 硬件穿戴方式设计
目前市面上相关同类产品采用的穿戴方式主要有以下几类:
(1) 手持类传统医院大型心电仪的便携化, 监测时设备主体需要手持或挂在脖子上, 通过导联线连接贴在体表的电极贴片进行测量;
(2) 贴片类手持类设备的小型化, 设备主体可以直接安装电极贴片并贴在体表进行监测;
(3) 胸带类佩戴方式为环绕胸部一圈卡住, 主要为运动人士监测运动时的心率而设计;
(4) 腕表类该类设备多为具备心率监测功能的智能手表或智能手环, 直接佩戴在腕部;
(5) 衣物类将相关监测模块集成到普通的衣服当中, 直接穿着就可以进行测量。
手持类和贴片类的佩戴方式需要通过电极贴片固定, 电极贴片使用时不能运动、沾水, 且会对部分人群造成过敏, 由于贴片粘度的限制造成设备体积不宜过大, 不适合进行长时间监测。因为人体构造的原因, 腕部的心电信号比较微弱, 因此腕部佩戴方式不适合进行精确的心电监测。衣物类由于传感器集成在内部因此清理起来比较麻烦, 在穿着时衣物与身体摩擦会造成传感器监测部位无法固定。而胸带类的佩戴方式可以保证在人体运动时不会脱落, 且胸部是人体心电信号最强烈的部位, 因此心电监测装置非常适合采用胸带类的佩戴方式。
本文设计的可穿戴心电监测装置以胸带环绕的方式佩戴在患者胸前正中位置 (图5) , 主体采
用弧形设计 (图6) , 佩戴时能贴合胸部躯体轮廓, 主体两侧有用于固定背带扣的凹槽 (图7) , 背带扣与主体采用嵌入的方式连接 (图8) , 方便患者佩戴及取下。
3.2 信号采集结构设计
目前市面上的大部分产品主要是通过电极测量法或者光电容积脉搏波描记法来测量佩戴者的心率, 然而心率仅仅是心脏跳动的速度, 其并不是判断心血管疾病病情的依据, 医生只有通过心电图才能看出患者是否心律不齐或心律失常, 并依此来判断患者的病情。传统的多导联线测量法是目前最常用的获取患者心电图的测量方法, 但该方法要求测量时在患者体表相应位置贴上电极贴片, 由于电极贴片属于消耗品, 贴上后需要避免运动出汗以造成贴片脱落, 而且部分人群的皮肤会对电极贴片的材料过敏。
本文设计的可穿戴心电监测装置将采用非接触式心电监测技术[7], 该技术无需通过导电材料与皮肤接触, 可以避免在使用电极贴片过程中引起的皮肤不适和准备时间过长的问题。硬件主体内侧露出三个非接触式的感应电极及一个压力传感器 (图9) , 其中感应电极负责采集患者体表的心电信号, 压力传感器则根据皮肤压力变化记录患者的呼吸频率并以此来判断患者的运动状态。通过佩戴, 该设备可以实时获取患者的相关数据, 通过低功耗蓝牙4.0技术可以将监测到的数据传输至软件, 同时其内置的储存介质可以在无软件连接的情况下本地存储最近几小时的监测数据。
4 系统软件设计
患者在医疗服务流程中是被服务的一方, 而医生是提供服务的一方, 两个用户群体的需求不一样, 因此系统软件中APP分为患者版APP和医生版APP。
4.1 患者版APP设计
患者版APP主要分为数据查看和咨询两个模块 (图10) 。数据查看模块用于展示硬件采集到的心电数据以及经云端分析过的数据报告, 患者既可以查看当前的数据, 也可以查看到记录在云端的历史数据, 当患者对数据或报告生产疑问时可以通过咨询模块向医生咨询。在咨询模块内患者可以根据医生的职称学历信息以及在线状况选择想要咨询的医生并发送文字或者语音信息, 同时患者也可以直接对该医生进行预约挂号。
4.2 医生版APP设计
医生版APP将患者按住院患者、关注患者、临时患者分三类呈列表排列, 每个列表包含患者的基本信息以及当天监测数据状态预览。点击列表可以查看到对应患者当天的监测数据、历史监测数据以及该患者的电子病历。当患者有留言时, 可以对照着监测数据与患者进行在线交流 (图11) 。实时的监测数据以及历史监测数据能帮助医生找到患者病发时的异常心电数据以便对患者做出准确的病情判断以及相关建议, 提高了医生和患者之间的沟通效率。
5 结语
与传统的心电监测手段相比, 可穿戴心电监测设备可使患者远离医院, 实现远程心电监测。本文设计的可穿戴心电监测产品系统将患者、医生和医疗机构纳入到整个产品系统的服务流程中。从心血管疾病患者的角度, 利用工业设计方法解决了现有心电监测设备在使用过程中的舒适性和便携性上的问题;从医生和医疗机构的角度, 利用互联网等技术结合移动医疗APP解决在现有心电监测流程中对院外患者监测盲区这一问题。可穿戴医疗设备与移动医疗APP作为移动医疗在医疗行业的应用, 将从深层次改变患者的就医体验和医生的行医行为, 二者结合形成的全新医疗服务模式以及衍生出的新商业模式, 将有着广阔的市场及应用前景。
参考文献
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[2]曹常义.移动医疗商业介入路径研究[J].数字通信, 2014 (04) :75-79.
[3]姚泽麟.近代以来中国医生职业与国家关系的演变——一种职业社会学的解释[J].社会学研究, 2015 (03) :46-68.
[4]姜梦静.关于智能穿戴设备发展前景的思考与建议[J].移动通信, 2014 (17) :64-68.
[5]王玲, 彭波.“互联网+”时代的移动医疗APP应用前景与风险防范[J].牡丹江大学学报, 2016 (01) :157-160.
[6]牛启润.移动医疗APP建设方向[J].中国数字医学, 2014 (04) :26-28.
心电实时监测系统 篇7
关键词：Aduc845单片机,心电监测,信号调理
0 引言
改革开放以来，我国经济建设、社会建设蓬勃发展。随着我国城市人口老龄化程度的加快，以及物质生活的改善，心血管、心脏病一类疾病也在不断的增长，人们对这一类疾病的预防和诊断的需求也在增长。目前，以采集心电信号、分析和诊断为主的心电监测系统已经得到了广泛的应用，对于神经系统疾病预防、诊断发挥了很大的作用。而此系统正是通过心电电极采集到心电信号，发送到PC端显示，从而可以直观地反映出人体神经反射的机能，为医护人员诊断提供依据。因此心电监测系统在心脏疾病的临床诊断和治疗过程中具有非常重要的应用意义。
1 心电信号产生机理、特点
1.1 心电信号产生机理
心脏细胞除极和复极的电生理现象，是心脏运动的基础。由心脏内部产生的一系列非常协调的电刺激脉冲，分别使心房、心室的肌肉细胞兴奋，使之有节律的舒张和收缩，从而实现“血液泵”的功能，维持人体循环系统的正常运转。心电信号则是从宏观上记录心脏细胞的除极和复极过程，从一定程度上客观反映了心脏各部位的生理状况，因而在临床医学中有重要意义。典型的心电波形如图一所示。
1.2 心电信号的特点
(1)微弱性。从人体体表拾取的心电信号很微弱，一般只有0-5mv。在测量中，对于如此微弱的信号，很难进行直接观察或记录，必须通过放大器适当的放大后，进行记录和显示处理。
(2)稳定性。人体心电信号处于动态变化之中，由于人体是一个与外界有密切关系的开放系统，加之内部存在着器官间的相互影响。因此，在对心电信号进行测量、分析和处理时，应该注意到它是随时间变化的信号，按其特性选择适当的放大器和显示记录装置。
(3)低频特性。人体心电信号的频率范围是0.5-100Hz，主要频率分量集中在0.5-20Hz，其频率是比较低的。
2 心电监测系统总体设计
本系统是由硬件和软件两部分组成，在前端通过三根导连线，采集人体身上的生物电信号(分别选取左手、右手、右脚作为生物电极)，对采集到的信号进行信号调理、前置放大、低通滤波、高通滤波、工频陷波、后极放大，再和PC端相连，最后用Labview显示。硬件采用的芯片有ad620、OP07、aduc845;软件部分使用虚拟仪器Labview进行波形的显示。本系统的总体设计如图二所示：
3 心电监测系统硬件设计
3.1 信号调理
信号调理电路包括前置放大、右腿驱动、低通滤波、高通滤波、50Hz工频陷波电路以及后级放大，主要实现对心电信号的高增益放大与有源滤波，以便A/D转换器更好地采集到信号。
(1)前置放大与右腿驱动电路。心电采集及分析系统要求在心电信号频率范围内不失真地放大所采集的微弱心电信号。为了更好地抑制共模信号，本系统通过反馈电路提取出共模信号，然后通过电极反馈给右腿，形成右腿驱动电路。
(2)有源滤波电路。心电信号的频率较低，主要集中在100Hz以下的低频段。本系统截取的是0.05Hz～100Hz的心电信号，能很好地满足诊断要求，同时也可以有效去除肌电、电磁等各种低高频干扰。为此利用OP07放大器设计了2阶有源低通和高通滤波电路来滤除频带以外的信号。
(3)后级放大电路。经过前级放大与滤波后的心电信号输出电平较低，不能充分利用A/D的分辨率，因此还要通过后级放大电路继续放大。本系统采用OP07放大器。
(4)电平搬移。心电信号不超过4mV，放大480倍并叠加2.5V的参考电压后为(2.5±1.92)V，正好处在Aduc845内部ADC模拟输入范围(0～5V)内。本系统采用美国BB公司生产的INA118仪表放大器实现电平搬移。
3.2 A/D数据采集
Aduc845是ADI公司新推出的嵌有单指令周期8052闪存MCU、带两路24位Δ-∑A/D、双12位D/A的高性能24位数据采集与处理系统芯片。本系统采用ADI公司的Aduc845芯片来完成心电数据的采集、A/D转换以及串口通信。
3.3 串口通信
本系统是通过RS232串口进行单片机和PC端之间的通信，需要和单片机之间制定通信协议。在编写程序时要保证双方的通信协议参数的一致，否则通信将失败。
4 心电监测系统软件设计
本系统利用Labview虚拟仪器主要是实现一个虚拟示波器的功能，包括串口通信、数据包数据提取、波形显示、数据存储等部分。程序结构分为三层：第一层叫主程序层，由用户界面和测试执行部分构成;第二层是测试层，负责逻辑关系的验证以及相关决策的制定;最底层叫驱动层，负责与仪器、被测试设备以及其他应用程序之间的通信。
(1)主程序层与用户紧密相连，是程序之间交互和控制的有效手段。在编写主程序层时，要充分考虑到用户的需求，不光要能实现功能，还要提供美观、方便的虚拟界面。
(2)测试层是用于测试主程序各个功能是否能够实现，所以测试层的VI应该仅仅负责一项测试，以适当的方式分解整个程序，从而使需要执行的每一项测试能够以独立的VI编写。所以，本系统将测试分为以下几个模块：串口通信模块、数据包分析和数据提取模块、波形显示与数据存储模块。
(3)驱动层是底层仪器通信程序，驱动层对用户隐藏了GPIB、串口或者VXI命令，能够完成与所用的仪器和设备之间的必要通信。
5 结束语
本系统在硬件和软件上的联调成功说明了我们能够采集到心电信号，并且能够进行波形的显示和数据的存储。软件采用图形语言Labview进行开发，使得测试系统设计更加方便快捷，而且硬件成型之后还可以进行功能扩展。我们可以考虑今后利用USB总线来进行数据传输，并且可以增添信号分析功能;能够对采集到的信号进行分析，从而使系统更加完善。虚拟仪器是电子技术和计算机技术相结合的产物，代表着先进的技术，在电子设计方面更加高效和快捷。随着计算机技术的不断发展，虚拟技术必定会在测试领域发挥越来越重要的作用。
参考文献
[1]赵研.基于LabVIEW的心电监护系统[D].长春理工大学,2005.
山东电网广域实时动态监测系统 篇8
随着大电网互联、西电东送矛盾日益凸现,电网正面临越来越多新的挑战,运行的稳定性分析和监视也显得越来越重要[1]。基于相量测量单元PMU(Phasor Measurement Unit)的广域测量系统(WAMS),能够直接测量电网中的角度,从而改善了传统状态估计的结果[2],并能向调度员提供电网的动态过程信息;能够对相量数据实时评估,动态监视电网的安全稳定性,或进行深入研究以达到控制的目的。在我国,PMU和WAMS最近几年得到了广泛的重视和应用[3,4]。
同步相量测量技术和现代高速数字化通信网络,为实现电网动态过程的在线监测[5,6]提供了技术上的支持和保证。电网广域实时动态监测系统是实现准确捕捉电力系统在线故障扰动、低频振荡[7]以及人工试验等情况下电网动态过程的技术手段。PMU为系统提供全网采样和计算的相量数据,通过电力调度数据网实时传送到监测系统主站,使调度员能在调度中心及时了解电网的动态信息[8]。
为保证电网安全、稳定和经济运行,山东电网经过详细的布点分析和规划,有选择地首先建设了调度中心的WAMS主站和济南、泰山、淄川、沂蒙、崂山、聊城、潍坊、琅琊、滨州等9个位于500 k V变电站的PMU子站。开发了北斗/GPS互备授时装置,在国内首次使用国产“北斗一号”卫星导航系统为PMU提供备用授时信号,不受制于国外GPS系统操控,提高了PMU的授时可靠性。
山东电网广域实时动态监测系统(简称山东WAMS)从2005年8月开始建设,随着同步相量测量技术发展,经过不断摸索与功能完善,总结WAMS的运行经验[9],有效提高了调度监视范围以及高级应用的运行分析能力,为保证电网安全、稳定、经济、优质运行提供了重要的技术装备和手段,为进一步实现大电网的广域协调控制奠定了基础[10]。这标志着山东电网安全运行与监控进入了一个崭新的阶段。
1 山东WAMS系统的布点
山东WAMS一期工程由山东省调主站系统(CSS-200/2)和安装在9个关键变电站的子站装置(CSS-200/1)构成,子站与主站之间通过电力调度数据网(SPDNet)提供的专用2 Mbit/s通道实现高速的实时通信。选择泰山变电站为参考测点(参考点可任意选择),济南站、潍坊站、沂蒙站、淄川站、聊城站、滨州站和琅琊站等为重点监测点。
1.1 PMU布点分析
PMU布点方法,主要分为可观性[11,12]和同调性[13]。为了合理安排PMU子站的布点,该方案将可观性分析和同调性分析结合起来,实现用较少PMU子站对全网状态变化的较大可观。
1.2 PMU布点方案
PMU子站的建设可分步实施,在不同阶段实现不同目标,各个目标之间相互关联,并最终实现电网的整体可观性。共分以下3个阶段:
第1阶段实现500 k V电网的可观性,特别是西电东送断面的动态过程可观性,见图1;
第2阶段实现500/220 k V电网各同调区动态过程的可观性;
第3阶段实现500/220 k V电网可观。
山东电网目前有500 k V变电站17座,统调电厂48座,220 k V变电站161座,在考虑电网可观性时,对于影响系统安全稳定性的重要节点(变电站和电厂)予以重点关注。山东PMU布点分3期进行,最终规模约50个,与按文献[14]中给出的估算公式估算出的PMU数量(约100个)相比,有大幅度减少。
2 山东PMU子站实现方式
2.1 分布式PMU测量
本期变电站的PMU装置为CSS-200/1分布式同步相量测量单元,其模块结构如图1所示。图中,实线表示以太网双绞线,虚线表示光纤或光缆,点划线表示其他信号线。
分布式的结构设计方便了系统的实施,模拟量采集模块安装于现场的保护小间,既减少了连接电缆,又提高了测量精度。装置采用QNX实时操作系统,满足子站任务处理的实时性要求;采用专门设计的多路高精度同步授时模块(CSS-200/1G)进行统一授时,可使得同步精度高于1μs;在同步时钟源的协助下分布的模/数(A/D)转换通道同步采样的同步误差不大于5μs(对应工频50 Hz为0.1°的角度误差)。装置的相量综合处理算法能解决相量计算中的非工频周期泄漏和系统动态过程的干扰问题。同时还采用了改进的频率补偿算法,能准确跟踪系统频率的动态过程。
CSS-200/1子站除提供相量数据的实时计算与上送功能外,还具有大容量离线数据记录功能。装置能以100次/s的密度连续不间断地滚动记录相量数据,记录周期超过14 d;在触发状态下能记录全部所采暂态波形数据,采样频率为4 800 Hz。子站记录数据均带有全网同步时标,以备离线分析对时之用。
CSS-200/1子站支持以网络方式实现相量数据的传输,与主站通信标准符合行业规范的要求[15]。WAMS的远程通信均采用2 Mbit/s的调度数据网方式,保证了高速、实时和稳定的相量数据传输,子站相量数据的上送速率100次/s,充分满足了主站在线、离线电网动态安全分析的要求。
2.2 长距离授时补偿
分布式PMU测量方式虽然方便了现场施工,但是GPS授时信号经光缆远距离传输会引入附加延迟。经实测,光纤传输距离超过1 km时,传输延时将大于5μs,对应误差0.1°。因此,当厂站的跨度超过1 km时,分布式PMU必须考虑GPS时钟信号远距离传输引入的误差,否则只能在每个分散的测量单元上直接接入GPS天线。
CSS-200/1G通过特定的补偿算法,可消除GPS授时信号的光纤传输延时,保证相量测量精度。当光缆长度接近或超过1 km时,通过调整CSS-200/1G的设置,可对秒脉冲信号PPS(Pulse Per Second)进行位置拉前的调整,调整范围最大12μs(约2 km)。这项技术对大型500 k V变电站、大型火电厂和水电厂十分重要。
2.3 GPS和北斗授时
在我国电力系统中广泛依赖GPS为时钟源。但是,GPS完全由美国军方掌控,其可用性和授时精度受制于美国军方的GPS政策。所以,山东WAMS采用国产卫星授时,尝试采用可依赖的时钟源与GPS授时构成互备授时方案。北斗卫星导航系统是区域性导航系统,其覆盖范围不如GPS遍及全球,设计目的仅为我国及周边领域服务。它发出的PPS与GPS的PPS信号时间差和上升沿斜率均能满足相量测量的要求。
本期工程在500 k V济南变电站安装了CSS-200/1G-BD授时装置。授时单元由北斗原始设备制造商OEM(Original Equipment Manufacturer)板、GPS OEM板、高精度温补晶振、单片CPU微处理器等部分组成。以恒温高精度晶振作为处理器的外部振荡源,通过内部倍频产生处理器时钟信号。采用基于加权最小二乘法的互备授时技术,使输出自动与状态正常的输入信号同步,北斗或GPS只要有1路输入信号正常,授时系统即可正常运转。利用高精度晶振,在2路输入信号均异常时,微处理器可以自行维持授时信号的输出,2 h内误差小于0.5°。
2.4 冗余数据记录单元
可靠的数据记录是PMU的一项重要技术要求。由于PMU要进行100 Hz连续14 d以上的相量数据记录。记录容量一般达到40~60 G,只有硬盘才能满足要求。但是,硬盘为机械旋转器件,长期运行故障率高。本期工程中采用冗余数据记录单元,1套PMU有2个CSS-200/1P设备。它们同时接收CSS-200/1A的数据,分别记录。其中,一个CSS-200/1P负责对外通信和数据记录,另一个只负责数据记录。
3 山东WAMS主站结构和功能
3.1 WAMS主站设备构成
主站为双机双网结构,采用SUN的UNIX服务器,拓扑结构如图2所示。
通信前置服务器接收PMU上送的实时数据,互联服务器接收华北WAMS主站转发的PMU数据。同时兼用于安全I区与能量管理系统EMS(Energy Management System)的通信。实时数据服务器集中通信前置服务器和互联服务器的数据,构造实时数据库,对外提供实时数据服务。历史数据服务器和磁盘阵列保存过期的WAMS数据。
历史数据每100 ms保存一次数据。高级应用服务器从实时数据服务器提取实时数据进行计算分析,结果反馈给历史数据服务器和工作站,同时兼用于安全I区与Web服务器的通信。配置3个工作站,分别负责维护、离线历史数据分析和调度监视。Web服务器位于安全Ⅲ区,对外提供网络浏览服务。
3.2 WAMS主站基本功能
a.动态监视。WAMS以地理图、接线图的方式监视系统运行的广域动态过程。动态监视界面的数据、曲线刷新频率达10 Hz,并充分考虑了界面的易操作性,任一监测点均可弹出实时曲线,且曲线之间可通过鼠标拖拽操作直接合并,方便监视监测点数据的动态变化过程。
系统动态监视界面除具备一般调度监视界面的图形的缩放、移动等一般特点,还具备了WAMS所特有的功角监视界面,用户可方便地通过鼠标操作选择、定义监视画面的相对参考角,通过广域监视界面可浏览到电网的功角分布,功角分布的监视同样支持曲线图显示、曲线合并等功能。
b.在线低频振荡监视。实时监视所选对象,系统发生低频振荡且振荡频率越过门槛值时,可记录并分析扰动数据,同时可通过客户端程序以二维曲线、三维图形显示分析结果。
c.扰动识别。可判别系统中发生的短路、频率越限等故障,监视对象可选择,参数可配置;当选择监视对象,并设置了有效的门槛值时,该功能可触发系统进行可靠的高密度数据记录,为系统分析及模型参数的校核提供详细的动态数据。
d.与能量管理系统(EMS)互联。采用IEC 60870-5-104网络协议实现与EMS互联,为EMS、WAMS综合信息的分析和应用打下了基础,为今后提高山东电网的调度自动化水平,建设实时动态安全分析和在线稳定决策系统创造了有力的基础条件。
e.Web发布。Web与主站平台之间有统一风格的实时界面显示以及同步传输的动态数据和扰动触发数据,实时数据刷新数据可达1次/s,远远快于EMS的数据刷新速率,并且提供了EMS所无法提供的功角数据,实现了在安全Ⅲ区的调度运行Web监视功能。
3.3 动态监测的可视化处理
a.输送功率拓扑着色。在电网地理分布图上以箭头方式显示潮流分布的同时,根据输送功率的大小及设定值,以不同的颜色显示潮流,使得调度员可以直观、方便地判断各潮流输送断面的功率大小,结合WAMS的快速、动态特性,可以提高调度员的处理能力和系统调度效率。
b.相角地理分布监视。相角地理分布是WAMS所特有的信息,在安装PMU装置的厂站地理位置上,显示代表厂站运行状况的相角,整个地理图设定统一的参考相角,运行人员可方便地监视电网各点的运行功角。而且,在监视画面上可通过鼠标直接点击监测点,弹出相应的功角曲线,可方便地监视调度员的动态调节过程或电网的动态运行过程。
c.相角选择策略。山东WAMS经过充分研究和应用开发,实现了各厂站相角的互备及参考角灵活自动切换的方法。按照一定优先级将各厂站母线、主变、线路相角定义为厂站相角,确保了只要有设备在正常运行,功角监视界面的角度即有效。在手动切换模式下,参考角的切换则充分考虑了系统的可操作性特点,只要通过简单的鼠标点击即可实现。
4 运行情况
本期工程2005年12月投入运行,多次成功记录了电网的扰动过程。图3为2006年6月25日捕捉到的一次电网扰动(纵坐标功率P的单位为MW)。在2006年7月1日华中、华北电网振荡中,山东WAMS主站及时启动100 Hz数据记录,完整记录了振荡过程见图4、5(图中为21:00:00:000时刻的情况),及时为调度和运行方式提供了第一手原始资料。事后,主站成功从子站召唤了100 Hz的数据,通过比对,证明了主站和子站数据记录的一致性和系统的可靠性。
5 结语
心电实时监测系统 篇9
根据世界卫生组织(WHO)统计[1],目前全世界每年有超过1700万人死于心血管疾病。临床医学中,用于对各种心律失常、心室心房肥大、心肌梗死和心肌缺血等病症检查的最主要手段就是心电图检测,其中心律失常检测是临床心电图中最常见也最为重要的部分。因此,尽管心电图已发展有百年历史,到目前为止仍然没有任何一项检查能够替代它。但常规心电图通常采用标准12导联,不易捕捉一过性失常;动态心电图(Holter)系统则成本昂贵,不便推广应用。因此,寻求一种低成本连续心电监测技术具有重要的现实意义。
近年来,随着信息技术的迅速发展,手机已经成为现代人生活中密不可分的必需品,也已不再只是一个基本的通讯工具,而是融合了大量先进技术如蓝牙、互联网等在内的综合电子设备。在拥有普及率高、价格相对低廉、便于携带等优点的同时,手机处理器性能的不断提升,以及智能手机、PDA等高性能手机的不断出现,使利用手机这一平台进行技术开发与应用成为了可能。近几年来,在基于手机的便携式医疗领域的研究方兴未艾[2],尤其在手机心电监测方面,学术界及产业界均逐渐展开探索[3,4]。
利用手机进行心电监护,既保证了监护的连续性与便携性,又具有低成本和普及性,代表着未来低成本医疗的发展方向与个人健康管理的先进理念。本文旨在实现一种基于手机的无线心电实时监护系统,详细阐述心电采集端硬件结构与手机接收端的软件设计方法,并对系统的稳定性和可靠性进行测试与评估。
1 系统的总体结构
本文所研制的心电测试系统的总体结构如图1所示。人体的心电信号,由采集端放大与AD转换变成数字量,借助蓝牙以串行方式发送到手机上,通过手机上运行的软件来接收并实时绘制心电波形。而且,手机在后台将接收到的数据加以实时存储,在有条件的情况下可将数据通过存储介质或无线网络传输到计算机等大型计算存储设备上,以对心电数据进行更好的事后分析。
2 心电采集端的实现
2.1 心电采集端整体结构
心电采集端的整体结构如图2所示,用以实现心电信号的提取、放大、模数转换及蓝牙发送等功能,其中的心电放大包括前置放大器、高低通滤波、50 Hz陷波、主级放大等多级电路。心电采集端采用了3.3 V单电源供电,要求具有尽量小的体积与质量,且要有较长的持续工作时间,更要保证采集到的心电信号真实可靠。
2.2 心电采集与放大模块
心电信号检测属于在强噪声背景下检测超低频微弱信号,其幅值在m V量级,而频率范围在0.05-100 Hz左右。心电放大模块主要实现的功能是在3.3 V单电源低电压供电的条件下,实现心电信号的拾取、模拟滤波、陷波及放大等功能,因此包括电极、前置放大器、高低通滤波、50 Hz陷波及主级放大几部分。
在系统设计中,前置放大级设计放大倍数为7.8倍,主级放大倍数为49.5倍,这样总放大倍数为386.1倍,放大后能满足A/D转换的幅值要求。在滤波电路的设计中,由于心电信号的主要能量集中在0.1-50 Hz的范围内,因此设计上下限截止频率分别为50 Hz和0.1 Hz。此外,考虑到日常生活环境中存在的50 Hz工频干扰,采集模块中还专门设计了双T陷波电路以滤除工频干扰,理论上对50 Hz信号衰减可达-39.6 d B。
2.3 单片机控制模块
控制模块选用了TI公司的MSP430F147芯片,该单片机工作电压为1.8-3.6 V,功耗极低(2.2 V,1 MHz工作模式下仅为280 u A),且有12位AD转换、16位定时器及32 KB+256 B闪存和2 KB RAM。单片机主要实现A/D采样、数字滤波及串口通信三个功能。对于单导联的心电信号,单片机利用12位模数转换器的一个通道进行采样,采样率为250 Hz;得到的数据通过简单的数字滤波器进一步滤除50 Hz干扰,50 Hz成分衰减可达-59.6 d B;最后利用单片机的串口通信模式将数据发送到蓝牙模块。
2.4 蓝牙通信模块
蓝牙是一种支持设备短距离通信(一般10 m内)的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑和相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术,支持点对点及点对多点的通信,工作在全球通用的2.4 GHz ISM(即工业、科学、医学)频段。其数据速率为1 Mbps。
任何有蓝牙功能的手机,都可以在心电采集端启动后搜索到信息,然后输入握手码即可实现蓝牙模块与手机的连接,进而通过手机上的软件接收和读取心电数据。
2.5 电源模块与功耗
由于心电采集端要保证其便携性,故不能采用市电供电或手机供电,而是要由电池独立供电。蓝牙模块、单片机等的标准工作电压均为3.3 V,因此整个系统的供电均采用3.3 V;考虑到蓝牙模块的功耗,所以选择常见的大容量手机电池。手机电池的标称电压为3.7 V,需要进行电压转换。电压转换使用MAX604芯片。
经过测试,心电采集端在蓝牙连接并传输数据时工作电流为40m A,按照使用电池为1400m Ah(标称值为1600m Ah,但实际不足)计算,则整个心电采集端理论上可连续工作1400/40=35小时,至少足够保证使用者连续佩戴监护一天。
3 手机接收端软件的实现
3.1 手机及开发环境
手机型号种类繁多,不同手机带有的硬件设备与操作系统也有区别。本系统选用Acer公司的F900智能手机,它采用Windows Mobile6.1操作系统,三星S3C6410处理器(533MHz),128MB SDRAM及256MB ROM,支持micro SD卡扩展存储器,屏幕分辨率为800×480,支持蓝牙及GPS。
Windows Mobile是Microsoft公司用于Pocket PC和Smartphone的软件平台。在Windows Mobile平台上运行的软件,同一般Windows PC操作系统中的程序类似,可利用C++或C#编程,但是相对PC上的函数或类库要少一些。
3.2 软件界面
本系统接收端软件为一个基于Windows Mobile操作系统开发的MFC程序,在使用前,需要首先打开手机的蓝牙功能并与启动后的心电采集端配对,配对成功后手机即会自动存储该蓝牙设备及配对码。
启动软件后,手机屏幕将首先显示欢迎界面,如图3(a)所示。两秒后,进入软件应用界面,如图3(b)所示,在此界面上可进行串口参数的设置。手机同心电采集端建立连接后后可实时将心电波形显示在屏幕上,并且实时进行数据的后台存储与心率计算。与心电采集端连接后的界面如图3(c)所示。
3.3 软件功能
接收端软件实现的主要功能包括与采集端建立数据连接,对心电波形进行实时显示,完成波形数据与波形图像的保存,以及R波检测与心率计算等几项功能。由此,可实现个人心电数据的连续监护与初步分析,并将数据保存下来,借助无线通讯网络或移动存储介质将心电数据转移到PC机上,作进一步的分析。继而,建立个人心电数据库,实现个人健康信息的高效管理。
对于接收到的数据不仅需进行波形的实时显示,还要将数据存储起来,以进行更为详细的事后分析或在更长的时间范围内加以观察与评估。本软件可以在后台实时地将接收到的心电数据、用户名及测量时间等数据自动存储。同时,由于图片具有直观性,且在各种设备上均可观看,因此对波形进行截屏也是十分有意义的。用户可以手动将屏幕上的波形截取后存储为bmp图片。数据及图片都会存储在默认路径下的指定文件夹中。
3.4 R波检测与心率计算
除了单纯的接收数据、显示及存储外,本软件对数据还进行了进一步的分析与处理,实现R波检测与心率计算。R波检测采用了差分阈值法中的幅度法。
在进行R波的检测之前,首先需要对数据作进一步的处理,在增强R峰同时抑制P波和T波的干扰,因此要对数据进行差分滤波。差分公式为:
其中,Vt=3ts-8ts,ts为采样时间间隔。那么如上公式的离散表达式为
滤波器的Z变换形式为
通常情况下,P波、T波的频率在0~9 H z,处于相对较低的频率范围,而QRS波群的频率则在0~30 Hz,处在相对较高的频率范围。该滤波器的最大增益在25 H z,增益12 d B,而在9 Hz处的增益仅为0.8 d B,很好的抑制了低频成分,增强了高频成分。一段实际的心电波形在滤波前后的对比如图4所示。可以看出,滤波后P波与T波都被很好地抑制,而QRS波群则得到了增强。一次心电周期的波形在经过差分滤波后变成一个上升沿、下降沿斜率、幅度均很大的尖峰,利用动态阈值及幅度法就可很容易地检测到R波及计算心率。
正常人心率不会高于300bpm,因此如果判断出一次R-R间期少于50个点(0.2s),则认为第二次检测到的是干扰,不计为一次R波。考虑到由于存在早搏,可能确实存在两个间距小于0.2秒的R波,且当成人正常情况下R-R间期小于0.6秒即为心动过速。因此,当判断出R-R间期短于150点(0.6秒)时,就会自动在存储的数据中加一个“tag”标记,以便回放处理时便于重点分析。
3.5 软件系统资源开销
本软件文件大小为1.61 MB,在启动并建立连接后,内存消耗为304KB。进行截图后保存为一个800×480的24位bmp文件,文件的大小为750 KB。存储2min的数据大小为183 KB,由此可以推算1h的数据量约为183×30=5490 K B≈5.4 M B,一天24h的数据量约为5.4×24≈130 MB。
对于目前大多数手机而言,程序内存都可以达到几十MB至数百MB,存储内存也有数百MB,因此这样的数据量并不大。而且,很多手机都有micro SD Card扩展槽,目前常用的SD卡均可达到2 GB~4 GB的存储量,因此本软件运行空间很大。
4 系统测试与评估
在实现了系统的软硬件后,还需要对系统的可靠性作进一步验证,以评估所采集到的心电信号是否真实可信,从而确保具有临床价值。此外,还需要验证系统在采集心电时可能存在的干扰,如手机的通信、用户的运动状况等的影响规律。对于系统可靠性、稳定性的验证,也是探讨系统多方面、普适性应用的重要前提。
4.1 与常规心电图比较
为了验证心电采集端心电波形的真实可靠性,本系统通过与OTE Biomedica公司(现已成为Esoate公司)的商用Personal C1单通道12导联自动心电图仪同时进行测量,将得到的波形进行比对,以考察该系统采集结果的准确可信度。
由于受临床实验条件所限,仅对两名20~25岁的健康青年男性的心电波形进行了比较,主要是对手机心电监护系统的波形同常规12导联中的V4或V5导联(由于电极贴放位置会略有偏差)作对比,结果如图5所示。由两组图可以看出,手机心电测量的波形均较为接近V5导联。由于手机心电每秒钟采样点数为250个,因此,可算出受试者A、B两次R波时间间隔分别约为0.8 s和0.9 s。心电图机走纸速度为25 mm/s,图纸上每个最小格代表0.04 s,由此可以算出在常规心电图上测得受试者A、B的R波时间间隔分别约0.8 s和0.9 s,由此可见,在波形的实时性上,手机心电测量的结果是准确无误的。其他如R-T间期时长等参量的测量结果也比较吻合,这里不再一一列举。上述结果证实了系统可实现高质量的心电采集,具有良好的实用性。
4.2 手机通信使用时的影响
通常情况下,手机的高频载波信号不会对设备产生影响,但GSM手机还会产生很多低频信号(2.2 Hz~217Hz,尤其是217Hz及其谐波)[5],该信号不会影响蓝牙通讯,但是对心电采集端可能会造成干扰。在实际应用此系统时,手机在作为心电接收端的同时仍然要作为通信工具,因此判断手机的通话及短信操作可能对系统造成的影响也有很重要的意义。
当有电话呼入时,我们所测得的一组典型心电波形如图6所示。从中可以看出,当电话刚刚呼入时(图6(a)),干扰是较高频率且较为强烈,以致使心率的计算也产生了较大误差;当进入呼叫等待的状态后,干扰的幅度与频率呈较大幅度的减小,R波、T波也更加容易辨认,并且心率的计算在尚未接通或挂断的情况下基本回到了正确范围(图6(b))。进一步的实验证明,电话呼出及收发短信过程中信号的干扰也与之类似。
当手机进行通话时,显示的心电波形如图7所示。可以看出,手机通话干扰几乎可以被忽略。
以上研究虽然没有进行严格的频率、幅度等量化分析,但单就定性的从波形来看,手机的通信功能主要在呼入、呼出及收发短信的过程中会对心电采集端的波形造成干扰,且这种干扰随距离衰减,通常在1米以外就基本消失了,而手机通话在接通后基本不再会对心电波形产生干扰。
4.3 运动干扰与伪迹
本系统采集的心电导联主要选择模拟胸导联(V4或V5导联),距离心脏近,因此信号强度也更大,相对肢体I导联较不易受到干扰,用户一般的小幅身体动作,如打呵欠、上肢动作等,基本都不会对波形的基线、幅度等产生影响或造成干扰。
对于躯干部位的大幅运动或全身性的运动影响情况,通过如下实验进行评测。躯干部位的大幅或高强度运动主要通过让受试者做俯卧撑来实现,波形如图8所示。从中可以看出,人体作俯卧撑运动中引入了很多较为高频的肌电噪声,有时使波形基线出现较大幅度的漂移,但对R波影响不大,因此对心率的判断影响也较小。
全身性的运动可分为走动类较平缓的运动和跑跳类较激烈的运动。平稳走路时的波形如图9所示,基本上与静止时差别不大;激烈运动时的波形如图10所示,主要特点是出现一些较大幅度但较低频的波动,基线相对较稳定,对R波及心率判断的影响很小。
总体而言,较为剧烈的全身或局部运动对波形会产生诸如肌电等干扰,或使基线出现一定漂移,但对R波及心率计算影响不大。
5 小结
本文首先阐述了手机心电监测技术的现实意义,并给出一个基于手机的人体心电无线监测系统的实现方案,对其采集端和接收端的软硬件设计进行了较为详尽的阐述。在实现新系统后,还通过系列代表性实验对其可靠性与稳定性进行了测评,初步证明了新系统的数据可信性与健康诊断价值。同时还考察了不同类型干扰可能带来的影响。这些结果有重要的实际参考价值。由于手机使用的普遍性与廉价性,基于手机的人体心电监测技术代表着未来低成本医疗的一个极为重要的发展方向。而且,手机用户的独立性与平台的通用性,也体现了普适性个人健康管理的先进理念。
摘要：介绍了一种基于手机的人体心电无线实时监护软硬件系统。并对它的可靠性与稳定性进行了验证。新型手机无线心电监护系统克服了监护连续性与高成本之间的矛盾,代表着低成本普适医疗的发展方向与个人健康管理的先进理念。
关键词：手机,心电,低成本,普适医疗,个人健康管理
参考文献
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有线电视信号实时监测系统的设计 篇10
为确保有线电视安全优质播出, 满足广大群众对有线电视播出质量的要求, 对有线电视停播, 盗播非法节目和私拉乱接盗取电视信号等破坏行为进行有效防范事预防和监测尤为必要。本课题通过对电视信号的实时监测, 可以及时发现上述问题, 系统对有线电视网中实际传输情况进行实时监测, 并将监测结果通过手机模块发短信的形式传到控制中心。
2 有线电视信号实时监测系统的硬件组成
整体的结构框图如图1所示:
2.1 行、场同步信号分离电路设计
从全电视信号中分离出同步信号, 将同步投在切割前钳齐, 采用幅度切割法将同步信号分离出来。分离出来的复合同步脉冲, 在经过积分电路, 可消除行脉冲而取出场同步脉冲。因为场同步脉冲比行同步脉冲要宽的多, 于是在积分器电容上累积电荷多, 使输出电压较高, 估积分器又称为宽度分离器。通常采用的幅度分离器抗大脉冲干扰的能力较差, 因此需要在幅度分离之前加入脉冲干扰消除电路。
2.2 计数器系统的电路设计
实现该计数器电路功能模块的硬件电路如图2所示。
2.3 串并传输转换系统的电路设计
实现该功能模块的硬件电路如图3所示。
在该部分信号通过74LS164 (8位移位寄存器) , 完成串并传输转换。74LS244是8位线行缓存器完成对信号驱动的加强。74LS373 (三态输出的8D锁存器) 控制8253的A0, A1。
3 全系统实现的电路分析
要实现在同一根电缆中同时传送视频图像和控制信号, 关键的问题在于如何避免控制信号对视频图像信号的干扰。基本方法是在视频图像信号的场消隐期间传送控制信号。本系统选用LM1881同步信号分离器, 从视频全电视信号中选出场同步信号Vsyn (由3脚输出) 。并可从7脚输出奇偶 (O/-E) 方波, 判别是奇次场 (正半周, 1) , 还是偶次场 (负半周, 0) 。
LM1881产生的场同步脉冲Vsyn, 出现在输入的视频全电视信号中场同步信号前沿以后28us-30us处 (t0) 。以此处为基准, 经过开槽脉冲、均衡脉冲、行同步脉冲等12个脉冲的上升沿。就是第7行或第320行的行同步脉冲的后沿 (t1) , 形成定时脉冲Pt1再以t1处为基准, 经过15个行同步脉冲的计数到t2, 形成定时脉冲Pt2。再以此形成选行脉冲Px, 如图4所示。控制信号通过一个受选行脉冲Px控制的视频电路, 就可被插入到场消隐期间规定的位置上 (第7~21行, 或第32O~334行) , 在同一根电缆中传送出去。含有控制信号的视频全电视信号, 通过一个受选行脉冲Px控制的视频选通门电路, 就可选出插入在消隐期间的控制信号。
4 结束语
该系统主要利用LM1881分离行、场同步信号, 通过CD4066选通系统选取出控制信号所在行, 再经74LS164串并转换电路, 最后送入AT89C52单片机进行分析处理。当然, 该系统在设计中还存在不尽如人意的地方, 主要表现为不支持对声音信号的实时监测, 所以还有待进一步的改善。
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