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基于ADS1293的穿戴式心电检测装置设计与实现
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2020-10-16
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通过对穿戴式心电监护设备与低功耗技术的研究,设计了一款穿戴式心电检测装置。该装置将心电监护设备与背心服饰相结合,心电监护设备采用低功耗、高集成度的模拟前端芯片ADS1293与BLE蓝牙4.0低功耗无线模块进行心电信号的采集与传输,并结合低功耗MCU与电源管理模块可有效地降低系统功耗,然后通过Matlab GUI进行显示分析。通过实验测试验证,本装置体积小、功耗低、精度高,可在静息、行走和慢跑状态下长时间准确地采集心电信号,具有较高的可靠性、准确性和穿戴舒适性,可用于心脏疾病的远程监护与早期预警。
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基于基于ADS1293的穿戴式心电检测装置设计与实现的穿戴式心电检测装置设计与实现
通过对穿戴式心电监护设备与低功耗技术的研究,设计了一款穿戴式心电检测装置。该装置将心电监护设备与
背心服饰相结合,心电监护设备采用低功耗、高集成度的模拟前端芯片ADS1293与BLE蓝牙4.0低功耗无线模块
进行心电信号的采集与传输,并结合低功耗MCU与电源管理模块可有效地降低系统功耗,然后通过Matlab GUI
进行显示分析。通过实验测试验证,本装置体积小、功耗低、精度高,可在静息、行走和慢跑状态下长时间准
确地采集心电信号,具有较高的可靠性、准确性和穿戴舒适性,可用于心脏疾病的远程监护与早期预警。
0 引言引言
随着我国人口老龄化的加剧,心脏疾病发病率、死亡率日益上升,心脏疾病具有突发性和一过性等特点,导致许多心脏疾
病患者由于发病后无法得到及时有效的治疗而加剧了病情甚至付出生命代价
[1-2]
。传统的心电监护设备,如医院常用的大型监
护设备和Holter机等,由于存在便携性或实时性不足等缺陷,往往难以长期实时的监护患者日常生活中的心脏健康状况。而具
有便携轻便、长期实时监测等优势的穿戴式心电监护设备逐渐成为学术界和产业界关注的热点
[3]
。
穿戴式心电监护设备用于随时随地监护人们的心脏状况,因此需要具备轻便小巧、无线数据传输、穿戴舒适、可长时间连
续监测等特性。目前,现有的穿戴式心电监测设备形态上大致可分为手环手表(Apple Watch、小米手环、Fitbit手环等)、胸
带腰带(Geonaute、HRM2心率带等)和背心衬衫(生命衫、智慧衫、MIThril等)以及黏贴式单导联(泰控心仪、迈瑞
Mr.wear等)心电监测仪等产品
[4-5]
。但手环手表等光学检测设备往往存在因光线和肤色影响准确性和电池续航时间短等问
题;而黏贴式单导联心电监测仪由于可监测的特征参量较少,因此在需要监测多特征参量的医学应用当中受到一定的限制;对
于胸带腰带和背心衬衫等心电监护产品,在检测稳定性和导联数目上具有一定的优势,但往往存在穿戴舒适性问题,以及在不
同使用环境和日常活动下信号检测的精确性问题
[6-10]
。因此,穿戴式心电检测装置如何降低低功耗、提高穿戴舒适性和信号
深度分析的精准性,以及可在不同日常活动下(如静息、慢走、跑步等)均能稳定精确地采集信号等特性,是目前我们需要解决
的问题和研究的重点。本文在以前研究的基础上,基于低功耗集成模拟前端和蓝牙低功耗(Bluetooth Low Energy,BLE)无线
通信技术,设计了一套可用于心电监护的可穿戴式心电背心,并通过实验测试在静息、行走和慢跑状态下均可稳定采集数据,
且具有较好的心电信号特征,降低了系统功耗和设备的几何尺寸,并提高了系统动态检测时的稳定性与精确性。
1 穿戴式心电检测装置系统设计穿戴式心电检测装置系统设计
穿戴式心电检测装置系统设计主要包括集成模拟前端ADS1293心电采集电路设计和系统低功耗设计以及电源管理电路设计
三大部分。装置形态采用背心服饰与心电设备相结合的方式采集人体心电信号,系统硬件基于集成模拟前端ADS1293进行信
号调理与模数转换,通过低功耗MCU控制器与BLE蓝牙4.0无线传输模块进行数据处理与数据传输,电源管理模块为各模块供
电并进行功耗管理。系统软件设计包括单片机程序设计和Matlab GUI的波形显示与分析,从而实现心电信号的采集与心率值
的实时计算。设备整体几何尺寸大小为5.4 cm×3.5 cm,系统硬件整体框图如图1所示,心电模块大小与穿戴式心电背心如图2所
示。
2 系统硬件设计与实现系统硬件设计与实现
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