基于-STM32-的脉搏信号采集系统设计

软件详细设计报告错误！no text of specified style in document。孝感定远电子技术有限公司文件编号产品版本密级产品名称：基于STM32的脉冲信号采集软件总页面数软件设计指南列表采摘31详细设计31 .1软件概述31 .2软件功能说明31 .3频率脉宽测量过程处理61 .4频率脉宽测量过程处理81 .5SD卡的存储通信处理101 .6PWM脉冲发射控制112编程协议132 .1操作系统132 .2调试工具132 .3编译链接工具13摘褥子许多用于心血管功能等的医疗检查治疗设备，都在临床上使用可以检测、显示、记录身体健康状况的相关生理信号，并用于诊断心血管等疾病的仪器4。医护人员参考医疗器械的检查分析结果，专门诊断人体深、深动脉的硬化状态。目前，为了帮助国内外医生检查和诊断心血管功能，还在开发多种多功能医疗器械。由于人们对电子技术的发展和科学诊断的要求，一些精密的多功能医疗测试仪器正在依次研发和运行，但其核心技术还在探索、提炼的成熟过程5中。目前还没有国际公认的较为完善的标准测量技术指标，每种测量方法都有条件限制，理论过于偏重，未充分完善的部分。利用脉搏波和动态血液管血流原理，可以为我们对疾病的分析提供理论依据。Tcm脉诊以脉搏波技术为基础，通过检测腕部挠力动脉中脉搏状态的变化来确认病情。随着计算机处理计算等技术的提高，医疗检查设备已经开始利用电子科学技术检测和分析疾病的特征，找出其中包含的人体生理信息6。目前，一些医疗检查机构试图用传感器代替医生的手指感，获取人的脉搏信号，分析脉搏波的特性信息，判断人体的生理状态。长期以来，开发了多种高性能、多功能的医疗检查设备，其中一些必须用于临床用途。这些仪器基本上要将脉搏的压力信号转换为电压信号，然后进行一系列放大滤波处理，将这些弱生理、病态信号记录为存储等，或者用计算机等处理进行最终分析的方式使用某种形式的能量转换装置7。脉搏波也用于心血管等疾病检查，心血管功能的一些参数需要脉搏波中包含的一些特征。目前最常用的方法有两种，一种是北京工业大学罗智昌等从大量实验中提取数据，进行总结的k值分析。k值分析方法导出的血流参数与临床获得的参数输入有很高的相关性。根据这一理论方法，为了检测心血管血流等参数，研究制作的医疗检查设备进入医疗器械市场，用于很多临床应用。图1.1通过我国制造的TP-CBS I型心脏功能参数无创检测器的功能，从刮伤动脉中获取脉搏信息后，通过内部分析计算，检测了13种人类心血管功能参数。关键字治疗设备收集系统1详细设计1 .1软件概述该系统以STM32为核心，其周围有脉搏信号调理电路、模数转换电路、液晶屏和报警电路、串行通信电路，这些部分主要由整个系统组成。该系统的模块化设计使各部分要执行的功能划分更加明确，在设计和调试时更加方便。将显示块图，如图所示。1 .2软件功能说明1 .2.1软件功能简介系统基于STC89C52单片机，主要模块为导热红外检测模块、温度检测模块、蜂鸣器报警模块、数码管显示模块和GSM SMS报警模块。系统范围的框架如图1所示。1 .2.2软件基本框架信号调理部分采用模拟比较器输入的结构，下图是本软件的基本框图和主程序流程图。图1基本框架图本系统需要重新处理获得的模拟信号。通过脉冲调理电路获得的脉冲信号仍然是混合了杂波等干扰的模拟信号，因此，必须对其进行优化过滤，才能用作参考分割。该系统使用高性能STM32芯片作为系统的处理器，模拟信号转换使用芯片内部内置的高精度12位A/D转换器，在模拟信号转换中，算法处理该数字信号的过滤和脉搏率计算，产生更接近实际脉搏信号的结果，然后在LCD的波形显示处理的脉冲数字信号的同时，显示脉搏率，以便于观察和分析人的脉搏变化。人体脉搏频率出现异常时，系统的报警电路会发出报警警报，以便采取措施。图2主程序流程图1 .3液晶屏系统启动后，先进入系统显示初始化，然后确定K1是否被按下，开始AD采样过程，切换脉冲信号，计算脉搏频率，在处理器上进行中值滤波和移动平均滤波，在TFT液晶屏上以波形显示脉冲数字信号，显示脉搏频率。1 .3.1子程序流程图1 .3.2设备端实现此显示屏支持中文和英文字符显示，显示大量信息，支持串行通信，控制非常方便。STM32时钟速度高达72m Hz，因此在此设计中选择串行控制可在满足速度要求的同时节省IO端口。除了将电源针脚、背光针脚连接到系统电源并接地PSB针脚外，您还可以通过使用单片机上的3个IO端口操作CS、SID、SCLK3针脚来控制显示模块。1 .3.3设备端实现为了确保采样的准确性，并行使用2-way ADC，采样率达到4.8MHz，在500kHz的噪声频带中采样率也达到10倍。噪声收集后，使用DMA发送8192点的噪声信号，计算噪声振幅，根据噪声的最大值和平均平方值确定比较器的电压振幅阈值，然后通过DAC向比较器发送临界电压信号以形成电压阈值。承载单频率脉冲的大气信号通过模拟比较器成为1方波信号，方波信号进入触发中断的微控制器芯片检测侧，开始记录信号的脉冲数和信号的脉冲长度，通过脉冲长度和脉冲数的商值获得信号的频率、脉冲宽度。如果信号的二次脉冲间隔小于预设间隔或大于预设间隔，则确定为无效脉冲或噪声脉冲，从而降低信号的误报警概率。1 .4超导红外检测模块超前红外检测模块主要用于检测室内人体，主要由超前红外传感器RE20HDB和BISS0001处理芯片组成。BISS0001在CMOS类中具有独立的高输入阻抗运算放大器，与各种传感器相匹配以执行信号处理，从而有效抑制其他信号的干扰，提供高稳定性和广泛的调节范围。1 .4.1流程图1 .4.2设备端实现如果有人进入超前红外传感器的扫描范围，RE200B将因电压变化弱触发芯片，通过BISS0001芯片的两阶段放大，在VO信号输出端产生大约3.3 V的电压。没有人经过的时候，VO端输出0 V，输出电压发送到单片机进行判断和处理，使人体检测成为可能。1 .5 GSM SMS警报模块通过微控制器的SDIO接口进行通信，通过CMD命令控制SDHC卡密封，根据初始化和操作过程实现数据的存储，如下图所示。1 .5.1流程图1 .5.2设备端实现GSM模块主要包括TC35i、电源电路、串行端口和GSM保护电路。TC35i新的Siemens工业GSM模块是工业GSM模块，支持英语短信和中文短消息，支持数据和语音SMS短信传输格式，并可通过AT命令进行格式设置。TC35i SMS模块体积小、重量轻、能耗低、具有SIM应用程序套件和AT命令集控制等优点。电源电路为GSM提供了适当的电压。GSM保护电路用于防止供应电压过高。1 .6 PWM脉冲发射控制使用STM32F407片中的ADC首先收集外部噪声。必须确定300到500khz的信号频率，因此采样率设置为500khz的2倍或更大。STM32F407的单ADC控制器最大频率为36MHz，一个采样周期至少为15个工作周期，因此最大采样率为2.4MHz。但是，对于更快的信号，STM32F407可以并行使用3路ADC进行交错采样，因此STM32F407的最大采样率为7.2 MHz。1 .6.1子程序流程图1 .6.2设备端实现频率计算后，模拟信号通过计时器的物理延迟传播的时间，延迟后启动PWM计时器，将测量的频率值输入PWM计时器。同时启动另一个计时器，作为控制PWM信号脉冲宽度的计时器。控制脉宽的计时器控制发射的时间比检测到的脉冲长度长20%，以模拟接收到的高频声音信号的拖尾现象。1 .7串行通信处理1 .7.1子程序流程图1 .7.2设备端实现在此系统设计中，STM32通过串行端口与LabVIEW PC通信，当PC打开串行端口通信信号时，在以下位置通过RS232串行端口将过滤出的脉冲数字信号发送到主机计算机：当Pc停止接收数据时，如果像下一台计算机一样发送信号，下一台计算机将停止传输数据。串行数据接收和发送均以中断(软件自动从主函数移动到中断函数，然后移动到中断函数)的方式完成，接收的数据放在数据接收缓冲区中，后续协议解析的数据在缓冲区中运行。本智能协议转换器串行端口部分的软件分为串行端口发送和串行端口接收两部分。串行端口收集器是相对于终端设备的主机，因此串行端口发射器计时间隔预发