基于MSP430的BCG和ECG实时同步监测装置的-TIE2E中文社区

2011-2012德州仪器C2000及MCU创新设计大赛项目报告题目：基于MSP430的BCG和ECG实时同步监测装置的设计与实现学校：东北大学指导教师：杨丹组别：本科组应用类别：低功耗应用类平台：MSP430参赛队成员名单（含个人教育简历）：叶琳琳信息科学与工程学院，电子信息工程专业，1989年生，中共党员，已保送东北大学硕士研究生。获得东北大学优秀团员标兵两次，东北大学二等奖学金四次，三等奖学金二次。已通过了CET四级、六级。2011年参加“瑞萨杯”全国大学生电子设计大赛获得辽宁省二等奖。E-mail：[e-mail]王江山信息科学与工程学院，电子信息工程专业，1989年生，中共党员，已保送东北大学硕士研究生。获得东北大学优秀团员标兵一次，东北大学三等奖学金五次，国家励志奖学金两次。已通过了CET四级、六级。2011年参加“瑞萨杯”全国大学生电子设计大赛获得辽宁省三等奖。E-mail：[e-mail]张阳信息科学与工程学院，电子信息工程专业，1989年生，已保送东北大学硕士研究生。获得东北大学一等奖学金一次，东北大学三等奖学金四次，国家励志奖学金一次。已通过了CET四级、六级。E-mail：[e-mail]视频观看地址：邮寄地址：辽宁省沈阳市和平区文化路3巷11号东北大学135信箱杨丹（收）邮政编码：110819收件人联系方式：杨丹13514286842；叶琳琳150403491502目录摘要....................................................................................................3Abstract...............................................................................................41.引言.................................................................................................52.系统方案.........................................................................................73.系统硬件设计.................................................................................83.1信号采集模块........................................................................83.2信号传输模块........................................................................93.3上位机监测模块..................................................................104.系统软件设计...............................................................................115.系统创新.......................................................................................126.评测与结论...................................................................................126.1放大电路测试......................................................................126.2信号采集模块总体测试.....................................................14附录..................................................................................................153基于MSP430的BCG和ECG实时同步监测装置的设计与实现摘要本文设计的系统能够实时同步的监测体动信号（BCG）和心电信号（ECG）。设计系统主要包括三部分。第一部分为信号的采集调理模块。其中体动信号是通过四个压力传感器组成的全桥电路来采集的，再用前端模拟电路对微弱的体动信号进行放大滤波；心电信号是通过贴在身体表面的传感器来采集的，再用前端模拟电路对心电信号进行放大滤波。第二部分为信号的传输模块。利用MSP430单片机内部的AD对信号进行A/D转换，再通过CC2500无线模块发送到上位机。第三部分为上位机实时采集和监测。MATLAB对上位机接收到的数据进行处理,处理后的数据用MATLABGUI实时显示，最终达到了实时同步监测的效果。关键词：MSP430;体动信号；心电信号；同步监测；MATLAB4AbstractThepaperdesignscansynchronousmonitorBCGandECGandrealtimedisplay.Inthispaper,thesystemconsistsofthreeparts.Thefirstpartissignalacquisitionmodule.Amongthem,thesensorcircuitcapturestheBCGsignalthroughthefourpressuresensorscomposedoffull-bridgecircuitandamplifysthesignalthroughtheamplifier.ThecapturingoftheECGsignalisthroughthesensorpostedonthebodysuiface.Inthesecondpart,thesignaltransmissionmoduleisintroduced.HerethemasterchipisTI’sMSP430F2274andcompletethesignalconversionandtransmissionusingitsbuilt-inmulti-channel10-bitAD.Afterthat,thesignalissenttothePCthroughtheCC2500wireless.Thelastpartofthesystemisthereal-timedataacquisitionandmonitoringofthedisplaying.MATLABwouldmakethereceiveddataforreal-timeprocessingandthentheprocesseddatawouldbedisplayedonMATABGUI.Finallyitachievesanexpectedeffectofreal-timesynchronousmonitoring.Keywords:MSP430;BCG;ECG;SynchronousMonitor；MATLAB51.引言21世纪被称为“银发世纪”，世界范围内的老龄化浪潮滚滚而来。根据中国人口信息研究中心的调查统计，2000年中国60岁以上人口比例为10.31％，65岁以上人口占总人口的比例为7.17％，按照国际标准来衡量，中国已经步入老龄化社会，而且在今后几十年其老龄化趋势将愈加明显。另外，随着社会经济的发展，居住方式的变化，家庭结构的小型化，以及人口流动的加速，子女数的减少，其老人家庭空巢率正在不断的加大。因此，对老年人的日常监护，已成为一个重要的社会问题。随着年龄的增加，人体解剖组织结构和生理代谢发生一系列变化，机体功能衰退，应变能力减退，骨骼也变得较为松脆，这些生理或其他原因引发的变化常常可以通过人体的心律和身体状态表现出来。当人生病时，特别是心脏病发作时，心律都会发生明显的改变。另外，由于自身疾病如心脑血管疾病或外界影响等因素，人的身体状态也常常发生改变如跌倒。根据美国国家安全委员会的报告指出，在65岁以上的人口中，跌倒所造成的死亡居所有意外死亡原因的第一位，占此年龄段意外死亡的33％。近年来，我国心脑血管疾病发病率持续上升，每年有54.4万人心脏性猝死。面对越来越严峻的现实，我们应该做好相对的预防措施。首先，心脑血管疾病的发生是有先兆的，如果刚出现病灶时就立刻救治，很多人是能够缓解过来的。现在有很多心脏性猝死的病人是由于发病时无人知晓，没有得到及时的救治，才导致严重的后果。随着生命科学技术、信息技术、网络技术的高速发展，家庭、社区、野外救助现场等更多领域有了对医疗监护设备的大量需求，但却面临着由于监护设备成本高、体积大不便于移动等原因而难于推广的矛盾。因此，开发出体积小、智能化程度高、稳定性好心功能实时监测与通信系统将成为必然的趋势。心脏的基本活动包括电活动和机械活动，在每个心动周期都是电活动在先，机械活动在后，即先产生电激动，心房和心室的电激动经人体组织传到体表并由电极记录即为心电信号（ECG）；然后心脏机械收缩，机械收缩对人体产生力的作用，这个力的作用经由传感器采集即得到体动信号（BCG）。心电信号是心脏生理功能检测方法的一种。心脏机械收缩之前，先产生电激动，心房和心室的电激动可经人体组织传到体表。心电图是利用心电图机从体表6记录心脏每一心动周期多产生电活动变化的曲线图形。心肌细胞在静息状态时，膜外排列阳离子带正电荷，膜内排列同等比例阴离子带负电荷，保持平衡的极化状态，不产生电位变化。当细胞的一端受到刺激（阈刺激），使细胞内外正、负离子的分布发生逆转，受到刺激部位的细胞膜出现极化。该细胞膜外正电荷消失而前面尚未除极的细胞膜外仍带正电荷，从而形成一对电偶，电源（正电荷）在前，电穴（负电荷）在后，电流自电源流入电穴，并沿着一定的方向迅速扩展，直至整个心肌细胞除极完毕。此时心肌细胞膜内带正电荷，膜外带负电荷，成为除极状态。嗣后，由于细胞的代谢作用，使细胞又逐渐复原到极化状态，这种恢复过程称为复极过程，复极与除极先后程序一致，但复极化的电偶是电穴在前，电源在后，并较缓慢向前推进，直至整个细胞全部复极为止。体动信号是心脏泵生理功能检测方法的一种。心脏收缩时，左心室射血，血液流经大动脉的不同部分，在收缩早期，血液流经大动脉的上升段，对身体的作用力方向为由脚至头；在收缩后期，血液流经大动脉的下降段，对身体的作用力方向为由头至脚。根据牛顿第三定律，身体会产生一系列与血流对身体作用力大小相同方向相反的反作用力，且产生先由头到脚再由脚到头方向的微弱振动，并使与人体紧密接触的支撑物体先受到先由头到脚再由脚到头的作用力，即在心脏泵血时，人体对支撑物体的作用力以重力为基准变化，方向平行于脊椎轴，将其记录下来便称为BCG信号。根据其产生原理，将传感器安装在支撑物体的人体脊椎轴方向即可获得BCG信号。该信号与心脏活动相关，通过对其分析即可获得心脏工作情况，且测量时无需传感器直接贴附人体即可获得，长时间使用不会使受试者产生不舒适的感觉。因此基于BCG信号的检测系统可以在受试者感受不到测量状态的情况下，实时检测心脏工作情况，完全不影响受试者的正常生活，且能在心脏活动异常时发出提示。本项目主要研究基于MSP430的BCG和ECG实时同步监测装置的设计与实现，现在体动信号与心电信号同步监测的装置还很少有，这样的装置可以更加全面的监测心脏活动状态，使在家庭，办公等环境