论文的结构安排

本论文的第一章为引言，主要内容介绍心率检测在实际临床中的应用及本课题的研究内容；第二章主要完成对系统的整体的定义及规划。包括信号传感方式的选取，FPGA的简介及相关的显示模块的定义。第三章为心率信号的前期处理，完成心电信号的预处理。第四章完成内部对心率的计算，定义输出端口，输出瞬时心率，平均心率并对异常心率输出预警信号以及附属的时钟功能的实现。

第一种方案，通过脉搏测试来提取心率信号，方式如下：

由压电传感器将脉搏搏动时产生的压力信号转化为电信号，将信号进行相关的处理然后进行心率值的提取。因为心脏的跳动与脉搏的跳动是同步的，只需测出脉搏跳动次数就可以知道心率值。测量脉搏一般是通过记录处理脉搏传感器发出的指脉电信号来实现的。当作为便携的仪用电子仪器来设计时，可将脉搏的提取地点由指部改为腕部。一方面，脉搏传感器更易于放置，而且腕部的主动脉心脏跳动更加明显，有利于脉搏信号的提取。同时，根据人体行动学原理，人在非剧烈运动情况下，对脉搏采集点的外压没有很大影响。

第二种方案：红外线方法获取心率信号，描述如下：

将红外线的发射与接受探头置于动脉的同一侧，发射探头连续发射红外线，另一侧的接收探头接受红外线。随着心脏的跳动，人体血液不断在血管中流动，引起红外线接收探头光强的变化，将此变化通过光敏二极管或光敏三极管可将光信号顺利转换成为电信号，依据电信号的周期变化也可以提取到心率的变化值。

此种方法的有效实施主要得益于血液的一个特性：血液是一种高度不透明液体, 血液中含有大量的血红细胞,这种细胞具有很强的吸收红外线的功能。因此,红外线在一般组织中的穿透性要比在血液中大几十倍。当动脉血管随心脏周期性地收缩和舒张, 动脉血管的血液容积随之发生变化时, 动脉所在部分的人体组织对于红外光的透射性就会发生变化, 人体组织反射的红外光的光强也相应地随之发生变化, 红外线接收探头便接收到随心脏周期性地收缩和舒张的动脉搏动光脉冲信号[14], 从而采集到心脏搏动信号。

第三种方案：应用心电方式，获取心率信号，描述如下：

将心电采集装置置于人体体表的某些固定位置，提取所得即为心电信号，心电信号经过相应的处理后，得到心率信号。这是因为心脏的泵血功能是由心脏特殊的电传到系统来控制心肌张弛完成的。心脏内兴奋的产生和传播与心肌细胞的电生理特性有着极为密切的联系。

人体心脏的原发性起搏兴奋点是窦房结，它位于上腔静脉和右心房的交界处。在正常时，由窦房结的起搏细胞每分钟自发地产生 50~100 次可传导的动作电位。这种电兴奋以有序方式通过心房内的传导束，激活右心房，然后是左心房。兴奋通过房室结时，稍有延迟，然后进入希氏束，左、右束支到达普金野氏网，普金野氏网是个大而特化的传导细胞系统，它分布在两心室内膜下，电兴奋通过普金野氏网迅速激动心室壁的普通工作性心肌细胞。这样，电兴奋波传播到整个心脏，从而完成一次正常的心搏动。由于人体是一个容积导体，这种电变化必然扩布到人体表面。体表心电信号随心脏搏动，而出现一个完整的周期。

心率采集部分

该部分主要完成微弱的体表心电的采集、前置放大、滤波、后级放大最终输出数字电压脉冲。心电采集的硬件电路主要实现心电信号的提取，针对心电信号是微弱信号并且干扰大的特点，采用精密仪器放大器 AD620 作为前级放大电路。设计硬件滤波电路对呼吸运动引入的基线漂移和工频干扰进行初步滤除。再经过后期放大电路，将获取的心电信号放大到预定电压范围，通过电压比较器进行电压比较，使模拟的心电信号转换为脉冲信号，输入FPGA的信号输入端。

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本设计根据心率提取的特殊要求，对心电信号进行了相应的处理，然后应用FPGA进行心率的计算及预警。应用于心电采集的电路已基本完成任务，有效的进行了有用信号的提取。应用于心率计算的FPGA控制器经过整个系统的调试，证实在算法的实现，预定心率计算功能的实现FPGA能很好的完成预定的任务，预警功能已实现，而且附属的时钟功能也已经通过时序仿真，并且能不断的在纯软件仿真的基础上进行系统的整体性能的调试，可以很方便的加入更新的算法思想，有很好的应用前景。