项目方案-燕山大学教务在线

1、燕山大学大学生创新性实验计划项目项目方案项目名称称：基于动态态心电图图特征提提取的心脏疾病病预测技技术项 目 来 源源：（ ）国家家级 （ ）校级级项 目 编 号号： 220099102216114 负责人： 赵赵永科 联系电话话： 115933335567110 所在院系系：信息科学学与工程程学院电电子与通通信工程程系专业年级级：07级电电子信息息工程指导教师师： 李李英伟 课题性质质、来源：独立课课题 导师的的子课题题其他 项目起止止时间：20099-100到20010-1020100年3月1日一、概述述本项目以以FPGGA为核核心，设设计了前前级导联联模拟放放大电路路、ADD转换与与信号

2、采采集电路路、TFFT彩屏屏显示电电路等一一套具有有体积小小、功耗耗低、运运算速度度快等特特点的硬硬件平台台。二、原理理框图8路ECG放大器Vi8路A/D转换模块采样离散化FPGA系统DSP算法核心模块双口RAM单片机控制系统人机交互无线模块Flash存储三、模块块详述1.前级级导联由于心脏脏电兴奋奋传导系系统所产产生的电电压时幅幅值及空空间方向向都随时时间变化化的向量量，所以以从体表表电极检检测出的的心电图图将随电电极位置置不同而而各异。为了完完整记录录心脏的的电活动动状况，常用水水平和垂垂直方向向的十二二种不同同导联做做记录，称为标标准十二二导联，即I、II、IIII、aVVR、aaVL、

3、aVFF、V11、V22、V33、V44、V55、V66导联。为记录录十二导导联心电电图，在在测量时时须在人人体上安安放100个电极极，分别别为：右右手电极极RA；左手电电极LAA；右腿腿电极RRL；左左腿电极极LL；胸部66个电极极C1C6 。根据据国家标标准，由由这些电电极可以以合成标标准122导联心心电图：（式中中，VRR、VLL、VFF和Vii(i=166)表示示右臂、左臂、左腿和和胸壁的的电位。）标准肢体体导联：导联I=VL-VR；导联III=VFF-VRR；导联IIII=VVF-VVL；加压单极极肢体导导联：aVR=VR-(VLL+VFF)/22;aVL=VL-(VRR+VFF)/

4、22;aVF=VF-(VRR+VLL)/22;胸导联：Vi=VVi-(VR+VL+VF)/3;（i=116，为6个个胸导联联）为了能无无延迟地地进行同同步采集集，我们们准备将将每一导导联都经经过一路路放大然然后送入入AD通通道进行行采集。标准112导联联需要同同时检测测12路路模拟信信号，也也就是需需要122路放大大和122个ADD通道。但经我我们调查查了解，通常不不必将112路全全部测出出，为了了算法容容易实现现，也为为了节约约硬件成成本，我我们只采采集其中中8路，就可以以重构整整个ECCG信号号。所以以在我们们的系统统中，只只采集以以下几路路信号：导联II，导联联II，V1V6。其余44导

5、联均均可以从从以上88导联经经过简单单加减运运算得到到，这样样已经能能满足我我们的实实际需求求。2.前级级放大电电路前级放大大采用AADI公公司的仪仪表放大大器ADD6233，其技技术指标标如下：电源电压压：+55V，-5V，可以单单电源工工作输入失调调电压：Vossi=2252200uuV输出失调调电压：Vosso=220010000uVV输入偏置置电流：IIBB=177255nA输入失调调电流：IIOO=0.252nAA最大输出出电压：+4.5V，-4.8V差模输入入阻抗：RIDD/CCID=2Goohm/2ppF差模增益益：110000倍 GGainn=10000时时，带宽宽为2KKHz

6、共模抑制制比：KKcmrr=10051110ddBGGainn=10000对应前级级放大电电路图图图一图二二所示： 图一、AD6623组组成前端端模拟-数字电电路 图二、AD6623与与前级输输出匹配配 图三三 右右腿驱动动电路通过外接接精密电电阻Rgg，放大大器增益益设置为为10002000倍，预计得得到信号号幅值在在60mmV8800mmV之间间，满足足AD采采样和量量化以及及后面算算法实现现的需求求。由于于信号较较微弱，容易受受噪声干干扰，导导联线与与AD6623的的输入阻阻抗匹配配也很重重要，这这要通过过实验的的办法降降低噪声声失真，增强抗抗干扰能能力。3.右腿腿驱动电电路设计计右腿驱

7、动动电路是是心电检检测电路路中必不不可少的的一个环环节，良良好的右右腿驱动动电路可可以提高高电路的的抗工频频干扰能能力，并并与人体体和放大大电路共共同形成成闭合回回路，保保证心电电放大电电路的正正常工作作。在共共模驱动动电路的的基础上上可以实实现右腿腿驱动电电路，如如图所示示。其中中COMM端为前前级共模模输出信信号，DDA0为为输出信信号，采采用DAA控制右右腿驱动动电路可可用来调调节人体体的相对对电平，保证放放大器的的输入信信号符合合电路的的工作范范围。4.ADD模块电电路AD采用用ADII公司的的AD778888，其技技术指标标如下：电源电压压2.77V55.255V；速度达1125kk

8、SPSS；片内2.5V参参考电压压源；低功耗正正常模式式2mWW；12位AADC；共8个单单端输入入通道AAIN11AIIN8；串行接口口SPII，QSSPI，MICCROWWIREE，DSSP兼容容接口；适用于仪仪表放大大和控制制系统 图四四 AAD78888原原理框图图 AD78888的的12位位精度和和1255kSPPS速度度可以满满足我们们项目的的需求。其接口口为SPPI，与与FPGGA通信信需要有有相关模模块的支支持。使使用FPPGA控控制ADD78888，在速度上上有很大大优势，尽最大大可能保保证信号号的实时时性。低低性能的的单片机机如511系列单单片机，由于不不具有硬硬件SPPI

9、接口口，在同同AD778888通信过过程中可可能会造造成数据据丢失，而FPPGA的的高速和和并发特特性可以以使8个个AD778888同时采采集，并并将数据据转入内内部FIIFO，数据处处理模块块接着完完成后续续工作，如数字字滤波、波形特特征提取取和模式式匹配等等。图五 AD778888应用电电路5.数据据处理核核心FPGAA选用EEP3CC5，对对8路信信号同步步采集并并存储到到双口RRAM，交给单单片机实实时显示示曲线。同时，FPGGA内部部集成DDSP的的核心处处理单元元，可以以对采集集的数据据进行滤滤波、特特征提取取、模式式匹配以以及压缩缩存储，由于FFPGAA的并发发控制和和高速处处理

10、，我我们可以以在不影影响实时时显示的的前提下下完成心心电信号号的识别别算法，并对异异常信号号发出警警报，通通过无线线模块可可以通知知病人家家属和医医护人员员，避免免意外的的发生。EP3CC5的资资源如下下：51366个Lees，446个MM9K 块，总总共RAAM比特特数42239336，118x118乘法法器233个，22个PLLL，全全局时钟钟网络110个，1822个用户户IO口口。分述如下下：LES(Loggic Eleemennts) annd LLAB(Loggic Arrray Bloockss):每每个逻辑辑阵列块块LABB包括116逻辑辑单元LLE，在在Cycclonne II

11、II中中LE是是最小的的逻辑单单元。M9K：Cycclonne IIII系系列的每每个M99K存储储块提供供9Kbbit片片上存储储器，可可以支持持3155MHzz操作速速度，用用户可以以配置为为RAMM，FIIFO缓缓冲器或或者ROOM。支支持单口口、简单单双口和和真双口口操作模模式。其其中单口口、简单单双口可可以配置置为1，2，44，8，9，116，118，332和336位宽宽度。真真双口模模式支持持1，22，4，8，99，166和188位宽。嵌入式硬硬件乘法法器和DDSP支支持Cycllonee IIII系列列产品支支持最大大2888个硬件件乘法器器块，每每个块支支持一个个独立的的18X

12、X18位位乘法器器和2个个独立的的9X99位乘法法器。这这些特性性使得CCycllonee IIII器件件适合代代替现有有DSPP系统，并拥有有高速，低成本本，低功功耗等特特征。可可以仅用用CycclonneIIII器件件或者作作为DSSP的协协处理器器，大大大提高性性价比。DSP IP corres：通用DDSP运运算功能能如有限限冲击响响应（FFIR），快速速傅里叶叶变换（FFTT）和数数控振荡荡器（NNCO）等。通通用视频频和图像像处理功功能。DDSP Buiildeer接口口工具方方便地连连接Quuarttus II软软件和MMATLLAB。6.单片片机控制制部分这部分较较简单，主要是是从双口口RAMM中读取取FPGGA采集集到