基于STM32單片機的人體心率與體溫監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計研究 摘要現(xiàn)代社會不斷進步，科技和信息化技術(shù)不斷地推動著我國的經(jīng)濟建設(shè)走上更好的道路，人們的物質(zhì)生活水平正在不斷地得到提高，人們對身體健康保護的意識越來越受到重視。人體的心電信號是由于心臟跳動時進行收縮舒張運動產(chǎn)生的，具有豐富的生理健康信息。心電信號的跳動規(guī)律可以用來判斷人體當前的生理健康狀態(tài)，已成為心臟病學家用于診斷目的和進一步采用適當?shù)闹委熯^程的最重要的生物信號之一ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Bhardwaj</Author><Year>2012</Year><RecNum>643</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>643</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tvxp5srzbe5axee50ztvxr9zf2pvxwdrp59d"timestamp="1621749481">643</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>PoojaBhardwaj</author><author>RahulRChoudhary</author><author>RavindraDayama</author></authors></contributors><titles><title>AnalysisandClassificationofCardiacArrhythmiaUsingECGSignals</title><secondary-title>InternationalJournalofComputerApplications</secondary-title></titles><periodical><full-title>InternationalJournalofComputerApplications</full-title></periodical><pages>37</pages><number>1</number><dates><year>2012</year></dates><isbn>0975-8887</isbn><urls><related-urls><url>/periodical/ChlQZXJpb2RpY2FsRW5nTmV3UzIwMjEwNTE4EhBEb2FqMDAwMDAxMjU1NDc5Gggxc203b3djdg%3D%3D</url></related-urls></urls><remote-database-provider>北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司基金項目:</remote-database-provider><language>eng</language></record></Cite></EndNote>[\o"Bhardwaj,2012#643"1]。本篇論文以人體的體溫和心電信號作為研究對象，以單片機為基礎(chǔ)設(shè)計一套能夠?qū)崟r采集人體體溫和心電信號并進行分析的系統(tǒng)，達到能夠判斷體溫異常和心率失常診斷的目的。本文針對心電信號的產(chǎn)生機理和信號特征的研究，完成基于STM32單片機的體溫心率采集和分析的總體設(shè)計方案和實現(xiàn)過程。本系統(tǒng)采用STM32F103ZET6作為主控芯片，高精度模擬前端芯片ADS1292R和高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片LMT70作為數(shù)據(jù)信號采集電路，采集的心電信號和體溫數(shù)據(jù)在LCD顯示屏中實時顯示。最后，采用ESP8266無線模塊通過串口通信轉(zhuǎn)換為無線通信，進行數(shù)據(jù)信號的傳輸，實時把采集的數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)絆neNET云端服務(wù)器。對STM32主控板的軟件程序設(shè)計包括主控板的主程序，ADS1292R模塊的數(shù)據(jù)采集通信程序，LMT70模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換程序，對心電信號進行分析的算法程序，最終確定適合本系統(tǒng)的較優(yōu)算法。經(jīng)過不斷的調(diào)試測試、問題發(fā)現(xiàn)分析并解決，該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行，能夠?qū)崿F(xiàn)實時采集人體的體溫和心電信號并顯示，能夠在云端進行實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。系統(tǒng)具有設(shè)備體積小、測量精度高、功耗低以及實時性好等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：心電信號；體溫；心率；STM32單片機目錄摘要 IABSTRACT II目錄 IV第1章緒論 11.1研究背景和意義 11.2研究現(xiàn)狀 21.3研究內(nèi)容 31.3.1系統(tǒng)研究內(nèi)容和設(shè)計介紹 31.3.2設(shè)計難點 31.4結(jié)構(gòu)安排 4第2章相關(guān)知識和系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)介紹 52.1心電信號的基本知識 52.1.1心電信號的發(fā)生 52.1.2心電信號基本知識與特性 52.2ADS1292模塊的基本知識 62.3LMT70模塊的基本知識 72.4TFTLCD模塊的基本知識 82.5ESP8266-01S模塊的基本知識 92.6本章小結(jié) 9第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計 103.1系統(tǒng)的整體框架 103.2微處理器系統(tǒng) 103.3LMT70模塊 113.4ADS1292模塊 123.5TFTLCD顯示模塊 143.6無線模塊 153.7本章小結(jié) 16第4章系統(tǒng)應(yīng)用軟件設(shè)計 174.1溫度模塊軟件設(shè)計 174.1.1LMT70模塊通信設(shè)置 174.1.2人體溫度采集處理方案比較和選擇 184.1.3溫度數(shù)據(jù)的算法處理 194.2心率模塊軟件設(shè)計 204.2.1ADS1292通信設(shè)置 204.2.2心率信號處理方案和選擇 214.2.3FIR帶通濾波器 224.2.4R波檢測和心率計算設(shè)計方案 244.3無線模塊軟件設(shè)計 264.3.1ESP-01S模塊與單片機通信 264.3.2ESP-01S模塊無線通信設(shè)置 264.3.3OneNET平臺設(shè)置 27第5章系統(tǒng)調(diào)試和分析 305.1溫度模塊測試 305.2心率模塊測試 305.3無線傳輸測試 315.4問題與解決 335.5本章小結(jié) 34第6章總結(jié)和展望 356.1總結(jié) 356.2展望 35參考文獻 37第1章緒論1.1研究背景和意義現(xiàn)代社會在不斷進步，經(jīng)濟飛速發(fā)展。人們作息習慣、生活節(jié)奏和飲食結(jié)構(gòu)都有著了巨大的改變，這些變化對人體的身體健康帶來了不同程度的影響。其中現(xiàn)代社會物資充足，食物種類多種多樣，使得人們的日常飲食習慣和飲食結(jié)構(gòu)更偏向于重油重辣。高壓快速的生活和工作節(jié)奏威脅著人們的身體健康，尤其是人體的心臟健康問題。心臟跳動異常與呼吸暫停有很大的聯(lián)系，睡眠呼吸暫停是一種發(fā)病率高、嚴重影響生活并危及生命的疾病，是心腦血管疾病的獨立危險因素ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李濤平</Author><Year>2011</Year><RecNum>420</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[2]</style></DisplayText><record><rec-number>420</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tvxp5srzbe5axee50ztvxr9zf2pvxwdrp59d"timestamp="1621588510">420</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>李濤平</author></authors></contributors><auth-address>南方醫(yī)科大學南方醫(yī)院睡眠醫(yī)學中心;</auth-address><titles><title>阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征與多器官疾病的關(guān)系</title><secondary-title>中華肺部疾病雜志(電子版)</secondary-title></titles><periodical><full-title>中華肺部疾病雜志(電子版)</full-title></periodical><pages>259-264</pages><volume>4</volume><number>04</number><keywords><keyword>低通氣綜合征</keyword><keyword>睡眠呼吸暫停</keyword><keyword>阻塞性</keyword><keyword>疾病</keyword><keyword>多器官</keyword></keywords><dates><year>2011</year></dates><isbn>1674-6902</isbn><call-num>11-9295/R</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"李濤平,2011#420"2]。目前我們國家的人口老齡化趨勢越來越嚴峻，老年人群體由于身體器官的衰竭，患上睡眠呼吸暫停癥的概率很大，由此引發(fā)心血管疾病。針對心血管疾病的診斷治療，在這個過程中產(chǎn)生的費用負擔，是每個家庭必須面對的問題，也是對社會，我們國家的嚴峻考驗。通過對心電信號的采集、得到的數(shù)據(jù)進行分析監(jiān)測，人們能夠預防并及時發(fā)現(xiàn)心血管方面的慢性疾病。心電信號是醫(yī)學領(lǐng)域一個重要的人體生物信號，心電信號的產(chǎn)生是人體進行生理活動時，心臟進行有規(guī)律的跳動產(chǎn)生的。心電信號的采集是根據(jù)人體不同部分距離心臟的距離不同，產(chǎn)生的生物電電勢差不同，以此來獲取人體的心電信號，連續(xù)心電信號組成的波形圖為心電圖。通過大量的醫(yī)學研究表明，人體心電信號的改變表明人體健康狀態(tài)有所改變。因此，對心電信號的研究和采集為心血管疾病等慢性疾病的預防和診斷起著重要的作用。人們?nèi)粘Ｉ钚枰鲂碾娦盘柕牟杉瘯r，需要前往社區(qū)醫(yī)院等醫(yī)療場所，較為麻煩。目前市面上已經(jīng)有多種心電圖機供人們選擇，但是這些心電圖機或多或少存在著一些缺點和不足。有些大型心電圖機功能齊全，測量精確，但常用于醫(yī)療場所，操作也較為復雜，不適合人們?nèi)粘Ｉ钏茫挥械男⌒托碾妶D機雖然攜帶方便，但是存在著精度不是很高，功能較為單一等缺點。同時，心電圖機的使用對使用者有一定的要求，需要一定的醫(yī)學知識，我國國家面積廣闊，人員分布較廣，醫(yī)學知識和醫(yī)療資源存在分布不均的問題。在這種情況下，設(shè)計一款攜帶方便、功能全面且操作方便的心電采集設(shè)備成為當今市場的迫切需要。本論文提出了一種基于單片機的人體體溫和心率采集和分析系統(tǒng)，通過溫度模塊和心率模塊將采集得到的人體體溫數(shù)據(jù)和心率數(shù)據(jù)以及心電波形在液晶顯示屏中顯示，并通過WIFI傳送將溫度數(shù)據(jù)和心率數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器。此系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)人體心電信號的監(jiān)測，同時符合“物聯(lián)醫(yī)療”的趨勢。1.2研究現(xiàn)狀目前市面上流通的溫度計主要有兩種，水銀體溫計和紅外測溫計。水銀體溫計測量精確，能夠精確的測量人體體溫，但測量時間相對較長，測量過程達五分鐘左右，常用于人體體溫異常時的體溫測量。紅外測溫計具有測溫速度快，時間僅需幾秒，但相較于水銀溫度計，精度稍顯不足。不管是水銀體溫計還是紅外測溫計，都存在著無法長時間接觸人體達到監(jiān)測人體體溫的問題，同時無法實時將人體體溫數(shù)據(jù)傳輸至云端供監(jiān)測所用。隨著近些年來人們對健康重視程度的加深，以及當代患有心血管疾病的人群基數(shù)在不斷擴大，心電信號分析上的技術(shù)得到不斷發(fā)展，心電設(shè)備得到不斷的優(yōu)化。市面上出現(xiàn)了多種心電監(jiān)測設(shè)備，供人們的選擇越來越多。但是在心電信號監(jiān)測方面，我們國家無論是在關(guān)于心電波形的理論研究方面，還是心電圖機等設(shè)備的生產(chǎn)實踐方面，較之于發(fā)達國家，都相對落后。并且5g技術(shù)的出現(xiàn)，專家能夠?qū)崿F(xiàn)遠程會診，這對許多醫(yī)療設(shè)備提出了更高的要求，心電設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)遠程實時傳輸要求也應(yīng)運而生。前面提到，心電圖機主要有兩大類，這兩種主要是根據(jù)使用場所不同而進行分類的。第一類大型心電圖機常用于醫(yī)院等醫(yī)用場所，這類心電圖機較為專業(yè)，需要專業(yè)人士進行操作，且功能齊全，測量精確，但是攜帶不便，同時購買成本較高。大型醫(yī)用心電設(shè)備實物如圖1.1所示。圖1.1大型醫(yī)用心電設(shè)備另一種類是便攜式采集設(shè)備。隨著電子芯片的集成，醫(yī)療電子設(shè)備也越來越多的朝著小型化邁進了一步，此類設(shè)備由微型控制器控制，可以在觸摸屏上操作圖標進行心電波形的查看，但價格還是相對較高，并且不能夠長時間監(jiān)測和采集心電圖。如圖1.2所示。圖1.2便攜式心電采集設(shè)備1.3研究內(nèi)容1.3.1系統(tǒng)研究內(nèi)容和設(shè)計介紹通過對資料文獻的查找，對心電信號和人體體表溫度相關(guān)的醫(yī)學知識有一定的了解和認知，學習STM32的相關(guān)知識，查找閱讀所使用芯片模塊的數(shù)據(jù)手冊，掌握軟件開發(fā)平臺的開發(fā)環(huán)境和語言，最終確立系統(tǒng)的總體設(shè)計和框架。研究內(nèi)容具體如下所示。（1）了解心電信號的發(fā)生機理，選擇合適的模擬前端、控制單元。（2）選取合適的采集模塊進行人體體表溫度的采集。（3）基于KEIL5的嵌入式軟件開發(fā)。（4）心電信號的信號實時顯示處理。（5）體表溫度和心率計算的算法處理。（6）利用FIR帶通濾波算法對心電信號的干擾進行處理。（7）利用無線模塊使系統(tǒng)與云服務(wù)器進行數(shù)據(jù)傳輸。1.3.2設(shè)計難點1.心電信號的信號幅值在毫伏級別，是人體中微弱的生理信號，并且心電信號常受50Hz頻率的工頻干擾和0.5Hz頻率的基線漂移的影響ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>孫明麗</Author><Year>2014</Year><RecNum>415</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[3]</style></DisplayText><record><rec-number>415</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tvxp5srzbe5axee50ztvxr9zf2pvxwdrp59d"timestamp="1621588510">415</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>孫明麗</author></authors><tertiary-authors><author>鄭剛,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>用于心電信號去噪的自適應(yīng)方法研究</title></titles><keywords><keyword>心電信號</keyword><keyword>自適應(yīng)濾波</keyword><keyword>工頻干擾</keyword><keyword>頻率跟蹤</keyword><keyword>基線漂移</keyword></keywords><dates><year>2014</year></dates><publisher>天津理工大學</publisher><work-type>碩士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"孫明麗,2014#415"3]，因此心電信號的采集有較大的困難。2.ADS1292芯片是TI公司研發(fā)制造的高精度的模擬前端芯片，芯片內(nèi)部含有24位高精度A/D轉(zhuǎn)換，通過SPI通信與控制單元通信，一次傳輸72字節(jié)數(shù)據(jù)，對時序的要求較高，這對心電信號采集部分的軟件設(shè)計要求較高。3.對心電信號的濾波算法的選擇與調(diào)試較為困難，無線模塊與云服務(wù)器通信的部分需要進行摸索。1.4結(jié)構(gòu)安排在論文寫作開始之前，對論文的寫作進行了整體構(gòu)思，按照以下的結(jié)構(gòu)安排進行論文的編寫。第一章為論文的緒論部分。在本章中，首先介紹本次課題的研究背景和意義，解釋畢業(yè)設(shè)計為什么選擇此課題的原因，此次課題研究能帶來的意義和價值。接著介紹在體溫測量和心電信號采集方面的研究現(xiàn)狀。最后列出系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容和難點所在以及論文的結(jié)構(gòu)安排。第二章進行本次課題相關(guān)知識和系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的介紹。其中包括心電信號的基本醫(yī)學知識、ADS1292模塊的基本介紹、LMT70模塊的基本介紹、TFTLCD液晶顯示模塊的基本介紹以及WIFI模塊的基本介紹。第三章是系統(tǒng)的硬件設(shè)計部分的介紹，主要講述了課題系統(tǒng)整體架構(gòu)和所用到模塊的硬件電路設(shè)計，并對各個模塊的硬件結(jié)構(gòu)與使用原理作了較為詳細的講解。第四章是系統(tǒng)的應(yīng)用軟件設(shè)計部分，主要包括：模塊與單片機的通信設(shè)計，溫度和心率數(shù)據(jù)的采集和處理方案選擇，心電波形去除干擾的算法設(shè)計以及無線模塊與服務(wù)器進行網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)置。第五章是系統(tǒng)的調(diào)試和分析部分，對系統(tǒng)最終能實現(xiàn)的功能效果進行了介紹和圖片形式的展示。同時，對系統(tǒng)調(diào)試過程中遇到的問題進行了分析，并針對問題尋找解決辦法，使系統(tǒng)的運行更加穩(wěn)定高效。第六章是論文的總結(jié)和展望部分。在這一章節(jié)，我對本次課題所研究的內(nèi)容和最終能實現(xiàn)的成果進行了系統(tǒng)性的總結(jié)，在展望部分提出了系統(tǒng)后續(xù)可以優(yōu)化改進的方向。第2章相關(guān)知識和系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)介紹2.1心電信號的基本知識2.1.1心電信號的發(fā)生心電信號是心臟器官在完成周期性興奮活動時所產(chǎn)生的一種有規(guī)律的生物電信號ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>余傳奇</Author><Year>2018</Year><RecNum>195</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[4]</style></DisplayText><record><rec-number>195</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tvxp5srzbe5axee50ztvxr9zf2pvxwdrp59d"timestamp="1621428805">195</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>余傳奇</author></authors><tertiary-authors><author>范文兵,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>基于WiFi傳輸?shù)男碾娦盘柌杉c數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)設(shè)計</title></titles><keywords><keyword>心電信號</keyword><keyword>多尺度熵</keyword><keyword>模擬前端</keyword><keyword>WiFi傳輸</keyword><keyword>QT上位機</keyword><keyword>MTBF</keyword></keywords><dates><year>2018</year></dates><publisher>鄭州大學</publisher><work-type>碩士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"余傳奇,2018#195"4]。從微觀生理來看，它體現(xiàn)人體的心臟中無數(shù)心肌細胞電活動的綜合反映，其產(chǎn)生機制主要是心肌細胞的除極化和復極化ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>耿蕭</Author><Year>2019</Year><RecNum>432</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[5]</style></DisplayText><record><rec-number>432</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tvxp5srzbe5axee50ztvxr9zf2pvxwdrp59d"timestamp="1621599968">432</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>耿蕭</author></authors><tertiary-authors><author>張瑛,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>便攜式心電信號采集電路的研究與設(shè)計</title></titles><keywords><keyword>便攜式</keyword><keyword>心電采集</keyword><keyword>儀表放大器</keyword><keyword>運算放大器</keyword><keyword>右腿驅(qū)動電路</keyword></keywords><dates><year>2019</year></dates><publisher>南京郵電大學</publisher><work-type>碩士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"耿蕭,2019#432"5]。心肌細胞進行除極化和復極化是周期性生理活動，當心肌細胞處于極化狀態(tài)時，細胞膜的內(nèi)部聚集大量的鉀離子（K+），細胞膜外聚集大量的鈉離子（Na+），因此細胞膜內(nèi)外存在著電勢差，使得心肌細胞處于不平衡狀態(tài)。當心肌細胞開始進行收縮時，使得心肌細胞的細胞膜通透性發(fā)生改變，細胞膜外的鈉離子進入細胞膜內(nèi)，鉀離子擴散至細胞膜外，這個過程稱為去極化。心肌細胞的復極化過程與去極化相反，心肌細胞的復極化是為了使心肌細胞恢復為原始的靜止狀態(tài)。在心肌細胞進行周期性的去極化和復極化過程中，細胞內(nèi)部和外部形成電荷流動并形成電勢差，心電信號便是從宏觀上記錄心肌細胞的這一過程，無數(shù)心電信號形成心電圖，即可以說心電圖就是所有心肌細胞電活動的疊加。2.1.2心電信號基本知識與特性心電圖由連續(xù)的心電信號波形組成，反映人體某時某刻心臟器官的跳動情況。典型心電圖的心跳波形由P波、QRS波和T波組成，分別指示心房去極化、心室去極化和復極化ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Huang</Author><Year>2014</Year><RecNum>658</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[6]</style></DisplayText><record><rec-number>658</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tvxp5srzbe5axee50ztvxr9zf2pvxwdrp59d"timestamp="1621750129">658</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>HuifangHuang</author><author>JieLiu</author><author>QiangZhu</author><author>RuipingWang</author><author>GuangshuHu</author></authors></contributors><titles><title>Anewhierarchicalmethodforinter-patientheartbeatclassificationusingrandomprojectionsandRRintervals</title><secondary-title>BioMedCentral</secondary-title></titles><periodical><full-title>BioMedCentral</full-title></periodical><volume>13</volume><number>1</number><dates><year>2014</year></dates><isbn>1475-925X</isbn><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"Huang,2014#658"6]。圖2.1所示為兩個連續(xù)的心電信號波形。圖2.1心電波形心臟的左、右心房進行除極操作時產(chǎn)生的除極波是P波，是左、右心房除極向量的總和。右心房首先進行除極，這個過程產(chǎn)生了P波的前半部分，之后左心房進行除極，此過程產(chǎn)生P波的后半部分，P波的中間部分代表右心房、左心房共同除極，正常情況下，P波時間（限）<0.11sADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>侯建成</Author><Year>2008</Year><RecNum>502</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[7]</style></DisplayText><record><rec-number>502</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tvxp5srzbe5axee50ztvxr9zf2pvxwdrp59d"timestamp="1621600559">502</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>侯建成</author></authors><tertiary-authors><author>李國麗,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>基于LabVIEW的小波變換在心電信號分析中的應(yīng)用研究</title></titles><keywords><keyword>ECG</keyword><keyword>LabVIEW</keyword><keyword>小波變換</keyword><keyword>Mallat</keyword></keywords><dates><year>2008</year></dates><publisher>合肥工業(yè)大學</publisher><work-type>碩士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"侯建成,2008#502"7]。QRS波群為左右心室的除極運動伴隨的電壓變化，包含向上的尖峰R波和向下的Q、S波ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>韓靖楠</Author><Year>2015</Year><RecNum>203</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[8]</style></DisplayText><record><rec-number>203</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tvxp5srzbe5axee50ztvxr9zf2pvxwdrp59d"timestamp="1621476676">203</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>韓靖楠</author></authors><tertiary-authors><author>李練兵,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>基于移動醫(yī)療監(jiān)測的老年人疾病風險評估研究</title></titles><keywords><keyword>能力評估</keyword><keyword>疾病風險評估</keyword><keyword>支持向量機</keyword><keyword>模糊綜合評估</keyword><keyword>移動醫(yī)療</keyword></keywords><dates><year>2015</year></dates><publisher>河北工業(yè)大學</publisher><work-type>碩士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"韓靖楠,2015#203"8]。從QRS波群開始到QRS波群結(jié)束的時間稱為QRS波持續(xù)時間。QRS波群的時間范圍一般在0.06s至0.10s之間，時間最長也不會超過0.11s。心臟進行心室復極時產(chǎn)生T波。正常心電信號中的T波擁有較長的升支和較短的降支，同時T波的波峰呈圓鈍狀。正常人體產(chǎn)生的T波時限一般在0.10s至0.25s之間。RR間期是心電信號中兩個相鄰R波的時間差值，人體心率數(shù)值的計算便是基于RR間期得到的。心率的計算公式為: (2.1)心電信號是人體微弱生物信號中的一種，其幅值為毫伏級。心電信號的最大振幅出現(xiàn)在QRS波群中，但是幅值仍小于5mv。心電信號采集過程受干擾的影響較大，這些干擾包括外界電路產(chǎn)生的工頻干擾和來自肌體活動產(chǎn)生的肌電干擾等。2.2ADS1292模塊的基本知識ADS1292模塊有兩個低噪聲PGA和兩個高分辨率ADC。PGA是可編程增益放大器，在模塊中發(fā)揮著前端的作用，用來減少ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器的噪聲。通過PGA提供的高增益，使得信噪比提升，從而達到降噪的作用。模塊具有低功耗的特點，僅335μW/通道，這使得長時間的心率實時監(jiān)測成可能。ADS1292的輸入?yún)⒖荚肼暈?μVPP，共模抑制比CMRR為120dB，這使得心電采集過程中對噪聲的去除有很好的實現(xiàn)效果。ADS1292憑借其優(yōu)秀的性能，廣泛應(yīng)用于體育運動記錄、病人心電看護、遠程醫(yī)療等方面。ADS1292模塊實物圖如圖2.2所示。圖2.2ADS1292模塊實物圖2.3LMT70模塊的基本知識LMT70是一款超小型、高精度、低功耗CMOS模擬溫度傳感器，具有輸出使能引腳ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Year>2015</Year><RecNum>626</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[9]</style></DisplayText><record><rec-number>626</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tvxp5srzbe5axee50ztvxr9zf2pvxwdrp59d"timestamp="1621653372">626</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors></contributors><titles><title>TILMT70+MSP430F5529可穿戴設(shè)備溫度傳感器參考設(shè)計</title><secondary-title>世界電子元器件</secondary-title></titles><periodical><full-title>世界電子元器件</full-title></periodical><pages>16-18</pages><number>06</number><keywords><keyword>溫度傳感器</keyword><keyword>可穿戴設(shè)備</keyword><keyword>TILMT70+MSP430F5529</keyword><keyword>參考設(shè)計</keyword><keyword>LMT</keyword><keyword>MSP</keyword></keywords><dates><year>2015</year></dates><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o",2015#626"9]。LMT70常用于對精度要求高、功耗要求低的經(jīng)濟高效型溫度感測場所，同時，LMT70模塊小巧靈活，能夠很方便在人體上實現(xiàn)可穿戴。系統(tǒng)選用此模塊的原因便在于模塊的這些特點能夠很好的實現(xiàn)長時間精準監(jiān)測體溫，滿足課題的要求。LMT70模塊實物圖如2.3所示。圖2.3LMT70實物圖LMT70的寬溫度范圍為-55℃至150℃，寬電壓范圍為2.0V至5.5V。同時模塊的精度隨著溫度的不同也有所不同，在人體體溫測量范圍內(nèi)，精度值很高，具體如圖2.4。圖2.4LMT70精度與溫度間的關(guān)系2.4TFTLCD模塊的基本知識本課題采用2.8寸TFTLCD顯示屏模塊用來實時顯示心率波形和相關(guān)數(shù)據(jù)。TFTLCD是薄膜晶體管液晶顯示器的英文縮寫，此模塊能夠滿足16位色真彩圖片顯示的需求。液晶顯示屏中每個像素上都設(shè)置有一個薄膜晶體管，該晶體管能夠出色的克服非選通時的串擾，讓顯示屏的靜態(tài)特性與掃描的線數(shù)無關(guān)，大大提高圖像質(zhì)量ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>柳樣</Author><Year>2015</Year><RecNum>222</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[10]</style></DisplayText><record><rec-number>222</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tvxp5srzbe5axee50ztvxr9zf2pvxwdrp59d"timestamp="1621477613">222</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>柳樣</author></authors><tertiary-authors><author>趙延明,</author><author>曾磊,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>基于ZigBee的智能語音家居電器控制系統(tǒng)設(shè)計</title></titles><keywords><keyword>智能家居</keyword><keyword>ZigBee</keyword><keyword>語音識別</keyword><keyword>電器控制</keyword></keywords><dates><year>2015</year></dates><publisher>湖南科技大學</publisher><work-type>碩士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"柳樣,2015#222"10]。本系統(tǒng)使用的2.8寸TFTLCD顯示屏的實物圖如圖2.5所示。圖2.5TFTLCD顯示屏實物圖2.5ESP8266-O1S模塊的基本知識ESP-01S是安信可公司研制并生產(chǎn)的一款超低功耗高性能無線WIFI模塊。該模塊可以實現(xiàn)UART串口數(shù)據(jù)傳輸向WIFI數(shù)據(jù)傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換，對使用者來說，可以非常方便的進行二次開發(fā)，在物聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)中扮演著重要的角色。ESP-01S支持TTL轉(zhuǎn)串口的功能，可以與3.3V和5V的單片機系統(tǒng)相匹配，能夠很輕易實現(xiàn)與單片機的通信，完成數(shù)據(jù)傳輸。同時ESP-01S中內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，與服務(wù)器的連接通信也非常方便。ESP8266-O1S模塊實物圖如圖2.6所示。圖2.6ESP8266-01S實物圖2.6本章小結(jié)本章主要介紹了課題系統(tǒng)研究內(nèi)容，包括涉及的相關(guān)醫(yī)學知識，需要使用到的相關(guān)模塊的基本情況。首先介紹了心電相關(guān)的醫(yī)用知識，為下文如何進行心率信號的采集及心率的計算打下基礎(chǔ)，溫度相關(guān)的醫(yī)學知識由于比較基礎(chǔ)，就沒有在此章節(jié)加以贅述。接著就是對所使用的各個模塊進行介紹，介紹了本次課題為什么采用這些模塊，模塊的基本介紹、特性和優(yōu)勢之處等。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)的整體框架本次課題的系統(tǒng)硬件設(shè)計部分以STM32F103ZET6作為主控芯片。在課題設(shè)計的人體心率與體溫監(jiān)測系統(tǒng)中，包含了四個子系統(tǒng)的傳感器模塊組件，LMT70模塊作為溫度傳感器模塊，以其高精度的優(yōu)點實現(xiàn)人體體表溫度的測量，ADS1292模塊作為心電信號的采集模塊，負責心電信號的采集，并且依據(jù)采集得到的心電信號計算出心率值，TFTLCD模塊作為液晶顯示模塊，能夠?qū)崟r顯示人體溫度值和心電信號波形以及計算得到的心率值。單片機通過連接ESP8266無線模塊，將串口信號轉(zhuǎn)換成無線WIFI信號，實現(xiàn)數(shù)據(jù)向云端服務(wù)器的傳輸，在遠端網(wǎng)頁上對人體溫度和心率進行實時監(jiān)測，給用戶提供一個能夠?qū)崟r監(jiān)測的體溫和心率監(jiān)測裝置。根據(jù)課題設(shè)計的整體要求，人體心率與體溫監(jiān)測系統(tǒng)的硬件連接框架圖如圖3.1。圖3.1系統(tǒng)整體框架3.2微處理器系統(tǒng)在微處理器選擇上，本課題系統(tǒng)綜合比較了兩種常用單片機C51和STM32，最終選擇STM32作為系統(tǒng)的主控模塊。C51系列是8位單片機，屬于CISC復雜指令結(jié)構(gòu)，代碼書寫較多，共有指令111條，隨著性能增加，指令集也在增加，非常復雜。C51系列單片機的I/O口在其高電平狀態(tài)時是不具備輸出能力的，并且C51單片機的運行速度太慢，對系統(tǒng)的運行效率有較大的影響。STM32系列單片機是由意法半導體公司研發(fā)并生產(chǎn)制造的，這是一款擁有超高性價比的單片機，可以滿足多種功能開發(fā)需要。它是32位單片機，擁有高性能、低功耗的Cortex-M內(nèi)核，單片機內(nèi)部包括多種高性能外設(shè)，其中包括課題系統(tǒng)用到的雙通道12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、傳輸速度4比特每秒的串口、18比特兆每秒的串行外圍設(shè)備接口。STM32單片機的工作頻率最高可達72MHz，有較快運行速度的閃存和較大容量的內(nèi)存。同時，STM32系列單片機擁有串行調(diào)試SWD和JTAG接口，方便在軟件設(shè)計時進行單片機下載和系統(tǒng)單步調(diào)試。本課題使用的溫度模塊LMT70使用ADC采集，對精度要求較高，STM32的12位ADC外設(shè)能夠較好的實現(xiàn)。心率信號采集模塊ADS1292采用串行外圍設(shè)備接口SPI與單片機通信，這個使用STM32可方便實現(xiàn)。同時由于C51單片機可用管腳與STM32相比少之又少，在LCD液晶顯示屏和無線模塊的使用上較為不便，綜合考慮，選擇STM32F103ZET6芯片作為系統(tǒng)的控制芯片。3.3LMT70模塊課題系統(tǒng)采用LMT70溫度測量模塊，模塊原理電路如圖3.2所示。圖3.2LMT70電路LMT70芯片共有四個引腳，A2引腳是電源引腳，供電范圍是0.3V-6V,本次課題使用3.3V供電。A1引腳是地。B1引腳是溫度模擬輸出引腳。B2引腳是使能輸出引腳，高電平有效。LMT70芯片內(nèi)部的輸出口使用的是推挽結(jié)構(gòu)，推挽結(jié)構(gòu)增強了芯片的帶負載能力，便使得芯片在與單片機通過ADC進行數(shù)據(jù)傳輸時能夠快速驅(qū)動。LMT70的驅(qū)動為ADC驅(qū)動，如圖3.3所示。圖3.3驅(qū)動電路3.4ADS1292模塊課題系統(tǒng)采用ADS1292心率信號采集模塊，圖3.4所示為模塊原理電路圖，圖3.5所示芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖3.4ADS1292電路圖3.5ADS1292芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADS1292芯片引腳圖如圖3.6所示。圖3.6ADS1292芯片引腳圖IN1P、IN1N，IN2P、IN2N是兩對模擬輸入，采用差分輸入來減少共模干擾，經(jīng)過EMI濾波器，輸入到達MUX。引腳AVSS是模擬地，為心電模擬信號的零電位。引腳AVDD是模擬電源。RLDOUT引腳的作用是右腿驅(qū)動電路輸出，RLDINV引腳則是右腿驅(qū)動電路的反向輸入端。RLD是右腿驅(qū)動電路的英文縮寫。在常見的醫(yī)學電子設(shè)備中，對人體生物信號的采集的通常是固定身體部位間的生物電壓，前面提過，人體生物電壓幅值量級多為毫伏級。因此，在測量過程中人體與外界電路之間產(chǎn)生的輻射電壓是不可以忽略的噪聲影響。右腿驅(qū)動電路的就是用來抑制產(chǎn)生的共模電壓，發(fā)揮減少噪聲干擾的作用。PGA1N/PGA1P和PGA2N/PGA2P兩對管腳分別是兩個PGA的輸入和輸出。DGND引腳是數(shù)字地引腳，是電路中數(shù)字信號的零電位。DVDD引腳是數(shù)字電源引腳。START引腳是使能引腳，用來控制信號的輸入。RESET引腳的作用是進行芯片復位，低電平有效。ADS1292芯片的內(nèi)部內(nèi)置了一個振蕩器，該振蕩器可以產(chǎn)生512KHz的內(nèi)部時鐘信號。同時，ADS1292芯片也支持外部時鐘。引腳CLKSEL的作用是與寄存器的時鐘管理配置一起工作以選擇外部和內(nèi)部時鐘，并且還控制是否從CLK引腳輸出時鐘信號。DRDY引腳是標志信號，主要負責查看數(shù)據(jù)傳輸準備工作是否完成，低電平使能有效。VCAP1和VCAP2兩個引腳為旁路電容的引出，器件產(chǎn)生的交流部分是靠其來吸收的。GPIO1和GPIO2是ADS1292在正常工作模式下的兩個通用數(shù)字輸入/輸出（GPIO）引腳。ADS1292模塊與單片機通信采用SPI通信協(xié)議方式，ADS1292模塊的管腳CS，SCLK和DIN/DOUT兩個輸入輸出引腳總共四個引腳與單片機相連，實現(xiàn)與單片機的通信。CS是片選信號，由微處理器控制從設(shè)備片選信號。SCLK是時鐘信號，也由微處理器產(chǎn)生控制。DIN是輸入信號，接收微處理器發(fā)送的信號。DOUT是輸出信號，發(fā)送信號至微處理器。3.5TFTLCD顯示模塊根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計目標，為實現(xiàn)心電波形和數(shù)據(jù)的良好顯示，課題系統(tǒng)采用TFTLCD模塊作為系統(tǒng)的波形和數(shù)據(jù)顯示模塊，TFTLCD模塊的原理電路圖如圖3.7。圖3.7TFTLCD液晶顯示模塊原理圖TFTLCD液晶顯示模塊與外部通過16位并行的方式進行連接，傳輸速度相較于8位快了很多。模塊采用8080并行接口，該接口是大多數(shù)液晶顯示屏的總線接口方式，8080并行接口由以下的信號線控制：WR:模塊寫入數(shù)據(jù)端。CS:模塊片選信號。RD:模塊讀取數(shù)據(jù)端。D[15～0]:16位雙向數(shù)據(jù)線。RST:硬復位端。RS:命令和數(shù)據(jù)標志位ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>劉石亮</Author><Year>2018</Year><RecNum>651</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[11]</style></DisplayText><record><rec-number>651</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tvxp5srzbe5axee50ztvxr9zf2pvxwdrp59d"timestamp="1621750129">651</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>劉石亮</author></authors><tertiary-authors><author>王鎮(zhèn)道,</author><author>易峰,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>基于STM32的攝像機云臺系統(tǒng)的設(shè)計</title></titles><keywords><keyword>STM32</keyword><keyword>直流電機驅(qū)動</keyword><keyword>PID算法</keyword><keyword>LCD顯示</keyword><keyword>無線射頻</keyword></keywords><dates><year>2018</year></dates><publisher>湖南大學</publisher><work-type>碩士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"劉石亮,2018#651"11]。TFTLCD模塊與單片機通過8080并行接口方式進行讀寫的流程如下：根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計需要寫入和讀取數(shù)據(jù)的類型，將RS引腳設(shè)置為低電平（命令）或高電平（數(shù)據(jù)），然后拉低CS片選信號，接著將TFTLCD模塊的控制器ILI9341選中,再依據(jù)需要的是讀還是寫數(shù)據(jù)操作來設(shè)置RD和WR引腳的高低電平，在RD的上升沿，使數(shù)據(jù)鎖存到數(shù)據(jù)線，在WR的上升沿，使數(shù)據(jù)寫入到控制器中ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>劉石亮</Author><Year>2018</Year><RecNum>620</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[11]</style></DisplayText><record><rec-number>620</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tvxp5srzbe5axee50ztvxr9zf2pvxwdrp59d"timestamp="1621653372">620</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>劉石亮</author></authors><tertiary-authors><author>王鎮(zhèn)道,</author><author>易峰,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>基于STM32的攝像機云臺系統(tǒng)的設(shè)計</title></titles><keywords><keyword>STM32</keyword><keyword>直流電機驅(qū)動</keyword><keyword>PID算法</keyword><keyword>LCD顯示</keyword><keyword>無線射頻</keyword></keywords><dates><year>2018</year></dates><publisher>湖南大學</publisher><work-type>碩士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"劉石亮,2018#651"11]。3.6無線模塊課題系統(tǒng)使用ESP-01S模塊作為無線傳輸模塊，模塊原理電路圖如圖3.8所示。圖3.8WIFI模塊原理圖ESP-01S無線模塊與單片機進行UART通信，即串口通信。硬件電路設(shè)計上很簡單，將模塊的RX和TX引腳分別與單片機的TX和RX引腳相連，電源供電選擇3.3V供電，接地端與單片機地相連。在此次設(shè)計中，我選擇使用STM32的UART2作為與ESP-01S模塊的通信串口，將模塊的RX引腳與PA2相連，TX引腳與PA3相連，其他線路連接不變，即可完成無線模塊與主控板的電路連接。3.7本章小結(jié)本章節(jié)根據(jù)課題系統(tǒng)設(shè)計的需求，對系統(tǒng)需要用到的硬件模塊進行了原理上的介紹，講述各個模塊的外設(shè)接口和使用方式。本章第一小節(jié)的內(nèi)容是系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框架的介紹，在硬件結(jié)構(gòu)上，通過一個流程圖形象的展示了本系統(tǒng)的整體框架。接著介紹了微處理器的選型，通過對比C51和STM32單片機的性能，再根據(jù)系統(tǒng)的性能要求，選定STM32F103ZET6芯片作為系統(tǒng)硬件部分的主控芯片。下面依次介紹了系統(tǒng)所涉及的模塊芯片的硬件結(jié)構(gòu)，并對模塊與MCU的通信方式和模塊管腳等多個方面進行了講解。本章節(jié)為后續(xù)的軟件設(shè)計，調(diào)試工作做硬件基礎(chǔ)。第4章系統(tǒng)應(yīng)用軟件設(shè)計軟件設(shè)計部分通過KEIL軟件對軟件主程序進行設(shè)計和編寫，以庫函數(shù)的方式對系統(tǒng)進行書寫和數(shù)據(jù)的處理。系統(tǒng)軟件整體設(shè)計如圖4.1所示。圖4.1軟件整體設(shè)計方案4.1溫度模塊軟件設(shè)計4.1.1LMT70模塊通信設(shè)計LMT70模塊與STM32單片機通過ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換采集數(shù)據(jù)。系統(tǒng)使用STM32單片機的ADC1,ADC1的配置過程如下：（1）將STM32單片機的PA口時鐘和ADC1模數(shù)轉(zhuǎn)換外設(shè)的時鐘開啟，并將PA1口設(shè)置為模擬輸入端口。（2）進行ADC1的通用寄存區(qū)的設(shè)置。（3）進行ADC1參數(shù)的初始化，設(shè)置ADC1的轉(zhuǎn)換方式為單通道單次轉(zhuǎn)換模式，對齊方式為右對齊，以及轉(zhuǎn)換分辨率為12位分辨率等參數(shù)。（4）將AD轉(zhuǎn)換器開啟。（5）讀取ADC1值。（6）將ADC采樣得到的原始值轉(zhuǎn)換為實際電壓值。 (4.1)(式中V_TAO為定義的實際電壓值;3.3為供電電壓為3.3V，4096是由ADC1的12位分辨率212)4.1.2人體溫度采集處理方案比較和選擇（1）LMT70采集溫度方案設(shè)計方案一：采用實際標定的方案。采用一個固定熱源，可以是某段時間某物體的固定溫度，也可以是可恒溫控制的燈泡，對其溫度進行標定。使用LMT70模塊對其多次進行溫度采集，對LMT70的輸出電壓進行監(jiān)測，進而得到所測溫度和模塊輸出模擬電壓之間的關(guān)系，并整合為一張表，再使用分段擬合法得到不同溫度區(qū)間的線性系數(shù)，在后面進行實際測量時，查找此表來獲取溫度采集系數(shù)。方案二：根據(jù)LMT70官方提供的數(shù)據(jù)手冊，通過查詢數(shù)據(jù)手冊中電氣特性溫度表，來獲取溫度值和模擬電壓輸出值之間的對應(yīng)關(guān)系。LUT如圖4.2所示。圖4.2溫度查找表方案選擇：經(jīng)過對比和實際測試結(jié)果來看，由于外界環(huán)境對可控溫度源的影響較大，進行實際標定難度較大，條件要求較高。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊中對LMT70模塊的介紹，該模塊具有輸出穩(wěn)定，溫度和模擬輸出電壓匹配度高等特點。使用查詢電氣特性溫度表的方案，獲得的溫度采集系數(shù)準確可靠。綜合考慮實現(xiàn)難度和可靠性，選擇方案二作為溫度數(shù)據(jù)采集的方案。（2）模擬電壓值轉(zhuǎn)換為溫度值方案設(shè)計LMT70的溫度數(shù)值和模擬輸出電壓之間的關(guān)系，在肉眼視覺效果來看是線性關(guān)系。通過官方數(shù)據(jù)手冊我們得知，在不同的溫度區(qū)間，不同階數(shù)的線性擬合得到的計算公式是不盡相同的。方案一：在20℃～40℃溫度范圍內(nèi)，，根據(jù)電氣特性溫度對應(yīng)關(guān)系，使用一階線性擬合的方法，可以得到： (4.2)方案二：在-55℃～150℃溫度范圍內(nèi)，使用二階的計算方式有更加精確的效果，但此種方法在極度低溫（-60℃以下）的情況下，效果不好，公式如下： (4.3)方案三：在整個溫度范圍內(nèi)，依據(jù)電器特性溫度表，使用最小二乘和方法，可以得到三階傳遞函數(shù)： (4.4)方案選擇：經(jīng)過不同公式數(shù)據(jù)處理分析和實際結(jié)果來看，一階方程當模擬電壓輸入變化變化較大時，溫度變化較大，精度稍顯不足。二階與三階方程相比，使用范圍沒有三階適用范圍廣，精度也沒有三階好。三階線性擬合方程適用于整個溫度范圍，并且是三種擬合方程中精度最高的方程，最終確定選擇方案三的三階擬合作為溫度數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換公式。4.1.3溫度數(shù)據(jù)的算法處理為減少人體體溫數(shù)據(jù)采集時存在的偶然誤差，并且由于STM32單片機的模數(shù)轉(zhuǎn)換外設(shè)采樣頻率較高，造成溫度數(shù)值變化過快，實際監(jiān)測效果觀感不佳，故對溫度數(shù)據(jù)采用均值濾波算法進行數(shù)據(jù)處理優(yōu)化。（1）均值濾波均值濾波常用于圖像視覺處理中，算法的核心思想是：圖片中有一塊方塊窗口區(qū)域（圖中為3*3），使用鄰近像素的灰度值的平均來替換中心像素點的灰度值，是一種線性濾波器ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>王銀杰</Author><Year>2019</Year><RecNum>29</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[12]</style></DisplayText><record><rec-number>29</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tvxp5srzbe5axee50ztvxr9zf2pvxwdrp59d"timestamp="1621398302">29</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>王銀杰</author></authors><tertiary-authors><author>宋清昆,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>基于非局部均值濾波的圖像去噪算法</title></titles><keywords><keyword>非局部均值濾波</keyword><keyword>加權(quán)核函數(shù)</keyword><keyword>相似性度量</keyword><keyword>結(jié)構(gòu)相似度指標</keyword></keywords><dates><year>2019</year></dates><publisher>哈爾濱理工大學</publisher><work-type>碩士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"王銀杰,2019#29"12]，公式如下： (4.5)圖4.3均值濾波示例圖4.3為3*3窗口區(qū)域濾波算法的圖形示例。均值濾波算法思路簡單，效率高，應(yīng)用于圖像處理中也有一定的缺點，計算均值會使得圖像的邊緣信息和特征信息模糊，丟失圖像的一些特征。（2）溫度數(shù)據(jù)均值濾波處理溫度數(shù)據(jù)的均值濾波處理相比于圖像均值濾波處理只用到了一個維度，均值濾波的優(yōu)點在溫度數(shù)據(jù)處理中能完美體現(xiàn)。因為LMT70模塊采樣周期很快且數(shù)據(jù)穩(wěn)定，所以均值濾波在圖像處理中的缺點在溫度數(shù)據(jù)的處理中并無影響。反而可以通過控制均值濾波的維度值，使得溫度數(shù)據(jù)采集顯示根據(jù)平穩(wěn)。溫度數(shù)據(jù)處理均值濾波部分代碼如圖4.4所示。圖4.4溫度數(shù)據(jù)處理4.2心率模塊軟件設(shè)計4.2.1ADS1292通信設(shè)置ADS1292模塊與STM32單片機通過SPI串行外圍設(shè)備接口進行通信。系統(tǒng)使用STM32單片機的SPI1,SPI1的配置過程如下：（1）使能SPI1的時鐘，將接下來使用SPI1外設(shè)需要用到單片機引腳的I/O口設(shè)置為復用狀態(tài)，使得這些I/O口轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢赃B接SPI1的管腳狀態(tài)。（2）進行SPI1的初始化設(shè)置。這個部分主要通過單片機SPI1外設(shè)的SPI1_CR1進行設(shè)置。（3）使能SPI1。（4）進行SPI1的數(shù)據(jù)傳輸。（5）查看SPI1外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)。4.2.2心率信號處理方案比較和選擇（1）心電信號ECG的干擾來源在第二章心率信號基本知識介紹中提到，心率信號ECG微弱且受干擾影響較大，雖然ADS1292芯片在其內(nèi)部構(gòu)造通過右腿驅(qū)動電路等措施很大程度解決了這個問題。在實際測試中，外界電子器件和各種環(huán)境因素會給ECG信號的采集帶來工頻干擾和基線漂移等干擾的影響。工頻干擾：在心電信號采集的過程中，工頻干擾是最常見的噪聲因素，干擾幅度能達到心電信號QRS波群中R波峰值的一半。供電電源中的50Hz諧波是心電信號采集過程中工頻干擾的主要來源，這個干擾來源決定了心電信號中工頻干擾的頻率以50Hz為中心在一定范圍內(nèi)隨機波動?；€漂移：基線漂移主要是由被測對象的呼吸和肢體活動所引起的ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>張楠</Author><Year>2011</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[13]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tvxp5srzbe5axee50ztvxr9zf2pvxwdrp59d"timestamp="1621508880">245</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>張楠</author></authors><tertiary-authors><author>劉伯強,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>基于虛擬儀器的心電信號采集及分析方法研究</title></titles><keywords><keyword>心電信號</keyword><keyword>采集</keyword><keyword>信號處理</keyword><keyword>小波變換</keyword><keyword>LabVIEW</keyword></keywords><dates><year>2011</year></dates><publisher>山東大學</publisher><work-type>碩士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"張楠,2011#245"13]?；€漂移屬于低頻信號，相比于工頻干擾，干擾幅度只有R波峰值的15%，頻譜能量主要集中在0.1Hz左右?；€漂移作用于心電信號中，主要表現(xiàn)為基線的高低緩慢變化。由于基線漂移與心電信號中ST波段的頻譜分布很接近，若對其不進行濾波處理，也會導致心電信號的失真?；€漂移的頻率范圍低于0.5Hz,最高到0.67Hz。（2）去除心電信號工頻干擾和基線漂移方案選擇方案一：采用零相位IIR濾波器，即無限長單位沖激響應(yīng)濾波器。在這種方案下，先確定濾波器的初始條件，將原序列的首尾進行擴展，把擴展后序列通過濾波器，將所得結(jié)果反轉(zhuǎn)再次通過濾波器，最后將所得結(jié)果再反轉(zhuǎn)，去除首尾的擴展部分，即可得到零相位濾波后的輸出序列ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>紀躍波</Author><Year>2000</Year><RecNum>740</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[14]</style></DisplayText><record><rec-number>740</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tvxp5srzbe5axee50ztvxr9zf2pvxwdrp59d"timestamp="1621839168">740</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>紀躍波</author><author>秦樹人</author><author>湯寶平</author></authors></contributors><auth-address>重慶大學機械學院測試中心!重慶400044,重慶大學機械學院測試中心!重慶400044,重慶大學機械學院測試中心!重慶400044</auth-address><titles><title>零相位數(shù)字濾波器</title><secondary-title>重慶大學學報(自然科學版)</secondary-title></titles><periodical><full-title>重慶大學學報(自然科學版)</full-title></periodical><pages>4-7</pages><number>06</number><keywords><keyword>零相位</keyword><keyword>數(shù)字濾波</keyword><keyword>相位</keyword><keyword>濾波</keyword><keyword>虛擬儀器</keyword></keywords><dates><year>2000</year></dates><isbn>1000-582X</isbn><call-num>51-1165/N</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"紀躍波,2000#740"14]。方案二：采用FIR濾波器，即有限長單位沖激響應(yīng)濾波器。根據(jù)前面對心電信號干擾的分析，為減除基線漂移和工頻干擾對ECG信號的影響，選擇帶通濾波器進行濾波處理。關(guān)于此濾波器的相關(guān)內(nèi)容在下一小節(jié)中進行詳細闡述。方案選擇：零相位IIR濾波器雖然可以采用模擬濾波器設(shè)計的結(jié)果，并且模擬濾波器的設(shè)計結(jié)果有大量的圖表可以查詢，但是它的相位卻是非線性的。圖像處理和數(shù)據(jù)傳輸都要求信道具有線性的相位，同時又可以具有任意的幅度特性ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>凌生強</Author><Year>2012</Year><RecNum>301</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[15]</style></DisplayText><record><rec-number>301</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tvxp5srzbe5axee50ztvxr9zf2pvxwdrp59d"timestamp="1621510540">301</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>凌生強</author><author>廖柏林</author><author>丁亮</author><author>胡小勇</author><author>徐澧明</author></auth