基于单片机的简易人体心率仪设计

论文总字数：15898字

摘 要

心电图是常用的临床疾病诊断的辅助措施。人体心电信号的主要频率为0.05Hz~100Hz，信号的幅度约为0~4mV，可以说心电信号是十分微弱的。由于心电信号中经常含有许多其它生物电信号，使得心电噪声背景略强，测量条件也比较复杂。为了不失真地检测出有临床价值的纯粹心电信号，通常要求心电数据采集系统具有强大的抗干扰能力。

本设计选用集成仪表放大器AD620和滤波电路设计了一种符合上述要求的心电数据采集系统。 以超低功耗MSP430单片机对心电信号进行数据处理,并通过LCD在输出心率的同时显示心电图。这样结合软、硬件设计的简易人体心率仪，不仅仅能对心脏疾病起到监护的作用，也能为各个年龄段的人的健康运动提供科学参考。

关键词：心电图；AD620；滤波；MSP430

The design of simple ecg apparatus based on MCU

Abstract

Electrocardiogram is commonly used in clinical disease diagnosis of auxiliary means. The main body ecg signal frequency range is 0.05 Hz ~ 100Hz, amplitude is approximately 0 ~ 4mV, signal is very weak. Because electrocardiosignal usually mingled with other biological signals, mainly making ecg noise background stronger, measuring conditions are complex. In order not to distortion to detected with clinical value of ecg signal, clean often ask ecg data acquisition system with strong anti-jamming ability, such as performance.

This design using integrated instrumentation amplifier AD620 and filter circuit design a kind of to satisfy the above-mentioned requirements of ecg data acquisition system. With ultra-low power MCU for ecg signal data processing, and through the LCD output heart rate values and display the output electrocardiograms. Combined with the soft and hardware design of simple ecg apparatus, not only can care for heart disease, also can offer references for the healthy exercise for people of all ages.

Keywords: electrocardiogram；AD620；filtering；MSP430

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1研究的背景及意义 1

1.2心电信号的介绍 1

1.3心率仪的发展现状 1

1.4小结 2

第二章 硬件设计 3

2.1概述 3

2.2心电信号采集部分设计 4

2.3心电信号放大部分设计 4

2.3.1前置放大和右腿驱动部分电路设计 4

2.3.2后级放大部分电路设计 7

2.4滤波器的设计 8

2.4.1滤波器元器件的选择 8

2.4.2四阶巴特沃斯高通滤波器（0.5Hz） 9

2.4.3四阶巴特沃斯低通滤波器（80Hz） 11

2.4.4总体滤波器的电路设计及仿真 14

2.5单片机控制系统 16

2.5.1 MSP430G2系列单片机 16

2.5.2关于LaunchPad Launch 16

2.6心电信号显示部分设计 16

2.7硬件装配调试 17

2.8小结 19

第三章 软件设计 20

3.1概述 20

3.2 AD转换模块设计 20

3.3 心电信号数据处理模块设计 21

3.4 LCD显示模块设计 21

3.5 软件调试 21

3.6 小结 22

第四章 结束语 23

致 谢 24

参考文献 25

附 录 26

第一章 引 言

1.1研究的背景及意义

近年来，随着经济的发展、生活水平的提高，人们对健康问题的关注越来越大，尤其是对心脏疾病方面的关注。在新闻中常常看到有人因心脏病突然猝死的事件。特别是近日南京某健身房一名女大学生在骑动感单车时突然运动猝死的事件就非常令人痛惜。而有数据统计表明有九成的运动猝死是心脏病突发造成的。由于心脏原因猝死的事件并不少见，也不局限于老年人或者心脏病患者人群。许多人很有可能是平时自身有心脏病而没有确诊出来。为减肥、娱乐等原因进行高强度的运动训练，加重心脏负担，诱发病变导致猝死。所以潜在的心源性疾病和剧烈运动，可能是运动猝死的主要原因。由此可知心率的监控很有必要。

心率仪在心血管疾病的研究和诊断方面发挥出的巨大作用，它们所记录的心脏活动时产生的生物电信号，已成为临床疾病诊断的重要依据。而在日常生活中，人体在做运动时保持的心率状态即运动心率，特别受到关注。不管是要进行有氧运动，还是无氧运动，都有一个适合的心率才能达到比较好的运动效果，而保持最佳运动心率对于运动效果和运动安全都很重要。

例如在判断运动疲劳方面：运动后第二天的早晨测量的心率如果没有恢复到前一天早晨记录的心率，就表示运动疲劳出现了，应调节原有的计划安排，减少运动量。在确定运动强度方面：一般情况下，心率与运动强度成正比。为了精准地测量运动时的心率值，一般要求在运动结束后的5秒钟内进行测量，测量10秒钟的心率数值再乘以6倍，可得到作为运动时1分钟的心率。因此一个简易的人体心率仪不仅仅能对心脏疾病起到监护的作用，也能为各个年龄段的人的健康运动提供科学参考。

本论文针对国内外的普遍需求以及心电图的特点，对心率仪进行设计，有效地进行心电信号提取和显示，为人们提供有效的健康问题预警，从而降低心血管疾病的死亡率，同时为人们健康运动提供科学参考。该设计符合人们对心率仪低成本，易携带，好操作的要求。

1.2心电信号的介绍

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