基于STC15的便携心电监护仪

//重新上传了新版本，到做毕设的时间了，好多人来问

//修改时间：2024.10.26

需求分析

心脏病是导致人类死亡的主要原因之一，及时和准确的心电监测对于预防和诊断心脏病至关重要。然而，由于心脏异常的突发与随机性，进行短期监测往往难以捕捉到异常，从而出现误诊。并且，传统的心电监护设备通常较为昂贵且不便携，无法满足人们日常生活中的监测需求。

因此，开发一款小型、便携的心电监护仪，可以让用户随时随地进行心电监测，具有重要的现实意义。

功能介绍

• 显示实时心电波形并计算心率，还可以测血氧饱和度
• 可切换下位机屏幕显示或蓝牙发送波形数据至上位机
• 心率过速、过慢警告

心电信号简介

心电信号的频谱范围主要集中在0.05～100Hz，电压约为零点几毫伏，具有微弱、低频、易被干扰等特性，常见干扰有以下几种：

1.工频干扰。由供电网络（通常是50Hz）引起的干扰，是心电信号的主要干扰源

2.基线漂移。由于呼吸、运动引起的心电基线变化，幅值的变化可达到15％，频率低。

3.肌电干扰。肌肉活动伴随有电活动。其频率范围为20 ～ 5000Hz。

心电处理电路介绍

• 第一级前置放大器，增益为7，包含右腿驱动电路，用于消除共模干扰
• 第二级107HZ低通滤波，消除高频信号
• 第三级双T有源50HZ陷波器，滤除工频干扰
• 第四级0.1HZ高通滤波，改善基线漂移，放大50倍
• 第五级放大器放大信号5倍

• 整体对信号放大了1250倍

主控

• P54脚低电平单片机复位，用于烧录软件
• 采用3V3供电

供电

• USB与锂电池供电
• USB接口选择了广泛使用的TYPE-C
• 电池为850毫安3.7V锂电池
• 插入USB线后可自动切换为USB供电
• 同时为锂电池充电
• 电池充电管理使用TP4056芯片

软件设计

心率计算

Heart Rate (bpm)= 60 / 平均R波间隔(秒)

R波检测方法 – 阈值法

1.遍历数据：遍历心电数据数组中的每一个数据点。

2.峰值条件：对于每一个数据点，检查它是否大于左右相邻的数据点，并且是否超过预设的阈值。

3.记录峰值：如果该数据点满足上述条件，则将其位置记录下来，表示检测到了一个R波峰值。

• • 优点：简单、速度快
  • 缺点：不精确，且阈值需要人工观察得出，如出现基线漂移或噪声毛刺就会产生很大影响
  • 

绘制波形实现

• 将电压值计算缩放为屏幕像素Y轴的坐标值，X轴作为时间轴
• 一个ADC值画一个像素点，相邻两点间画直线连接，最终效果就是实时电压波形滚动刷新
• 

血氧饱和度读取

1.初始化：初始化 MAX30102 传感器，包括配置模式、采样率、LED电流等参数。

2.数据采集：通过 I2C 从传感器的FIFO Data寄存器中读取红光和红外光的光强数据。每三个字节一个数据，需要经过合并处理，合并后为一个长整型

3.计算：利用红光和红外光两个数据通过简化公式计算血氧饱和度

血氧简化公式

• • R = red / ir
  • spO2 = 120 - 25 * R;

血氧饱和度准确的计算方法需要获得光强的直流和交流分量，计算量大且需存储大量数据

简化公式的结果会不太准确

上位机

基于LabView制作，只有简单的波形绘制功能

演示

视频链接：

https://www.bilibili.com/video/BV1mJ8qeSEuj/?vd_source=51dc43e08b25c112cfd71690f421341d