基于0-1混频序列的便携式心电信号压缩感知随机解调系统_毕业论文.pdf

Abstract

IV

the random demodulation structure circuit built in this paper can achieve 90 %~95%

accuracy for reconstruction. The PC-side host computer program based on the Matlab

platform can realize the functions of obtaining data through the EMQX server based on

the Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) protocol, reconstructing the signal,

and calculating the reconstruction error.

Key Words: ECG; Random demodulation; Compressed sampling; FPGA;

目录

V

1.2 课题研究背景和意义..................................................................................... 1

1.3 国内外研究现状............................................................................................. 2

1.3.1 压缩采样技术研究现状...................................................................... 2

1.3.2 重构算法研究现状.............................................................................. 4

1.4 本文的研究内容与结构................................................................................. 6

第 2 章 压缩感知理论与随机解调结构的数学模型分析.......................................... 7

2.1 压缩感知基本原理......................................................................................... 7

2.1.1 信号的稀疏表示.................................................................................. 9

2.1.2 观测矩阵的设计.................................................................................. 9

2.1.3 重构算法分析.................................................................................... 10

3.1 随机解调结构仿真模型的建立................................................................... 16

3.1.1 仿真精度评价指标............................................................................ 16

3.1.2 伪随机序列发生器............................................................................ 16

3.1.3 混频器................................................................................................ 17

3.1.4 滤波器................................................................................................ 18

3.1.5 采样相位分析.................................................................................... 26

3.1.6 随机解调仿真结构............................................................................ 21

3.2 随机解调结构仿真参数分析....................................................................... 21

3.2.1 仿真参数分析.................................................................................... 21

3.2.2 基于 Simulink 的仿真实验 ............................................................... 25

目录

VI

4.3 滤波器........................................................................................................... 33

4.3.1 滤波器电路设计................................................................................. 33

4.3.2 滤波器的 Multisim 仿真 ................................................................... 35

4.4 模拟信号采样器与发生器........................................................................... 36

4.5 电源电路....................................................................................................... 37

4.6 数据传输模块............................................................................................... 37

4.7 本章小结....................................................................................................... 37

第 5 章 随机解调系统软件设计................................................................................ 38

5.1 FPGA 程序设计 ............................................................................................ 38

5.1.1 信号产生模块.................................................................................... 38

5.2.1 Matlab 编程环境和功能分析 ............................................................ 47

5.2.2 用户登录模块.................................................................................... 48

5.2.3 服务器连接模块................................................................................. 49

5.2.4 软件参数存储与调用模块................................................................ 50

5.2.5 数据接收模块.................................................................................... 51

5.2.6 误差校验模块.................................................................................... 52

5.2.7 系统测试与结果................................................................................ 52

5.3 本章小结....................................................................................................... 55

目录

随着经济的发展，人民的生活水平在不断增高。与此同时，人民的生活方式

也在发生改变，工作时间不断延长，工作强度不断增加。但是快节奏的生活方式，

往往会给人们带来巨大的工作与生活压力，从而增加心血管疾病的发病率。心电

信号(Electrocardiogram)是指心脏激动的产生、传播和恢复的过程所产生的电势差，

是能够反应人的心脏器官健康程度的重要生理信号

。对心电信号的日常监测，

是预防心血管疾病的有效手段。

人们对于心电信号的研究，最早可以追溯到 1886 年，沃勒(Waller)第一次将

心电信号以水银柱上下跳动的形式描绘出来。到了 1903 年，Einthoven 成功使用

随着科学技术的发展，心电信号的采集设备也在不断发展，但是其采样方式

大多还是基于奈奎斯特采样定理进行采样。根据奈奎斯特采样定理，要想无失真

地采集一段模拟信号，对信号的采样频率必须要高于采样信号最高频率的两倍，

否则会产生混频，造成信号失真

。人体的心电信号频率大多集中在 0.05~100Hz，

根据奈奎斯特采样定理，为了实现对心电信号的完整采样，需要使用 200Hz 以上

的采样频率进行采样。传统的心电信号检测设备为了提高采样精度，通常使用的

采样频率为 300~500Hz