基于STM32的便携式心电图仪设计
通过这样的方法就可以把液晶当作外部存储设备来使用，通过配置读写及控制信号的时序，用指定指针就可以实现对液晶的读写访问。这样处理不但简化了对液晶的操作，只需指定读写数据的指针就可完成操作，而且提高了访问速度，避免了用端口模拟时序访问液晶产生的滞后现象。并且STM32自带FSMC方式控制TFT-LCD的实例，只需做一些相应的修改就可应用到本系统中。
显示的心电波形有两个基本要求：一是波形清晰，无断点，二是波形无明显失真。在显示波形时需要解决三个问题：一是把采集到的电压值转换成液晶上的高度；二是两点之间要连续；三是刷新方式，刷新的一种方法是在波形显示到屏幕的最右边时整个波形区域刷新为空，然后重新从最左边显示，另一种方法是边显示边刷新，即在显示的后边的一小块区域刷新为空，也就是边显示边删除。相比较而言显然第二种方法比较好，因为整个区域刷新是很费时间的问题，有可能影响画图的速度，而第二种方法就有效的克服了这个问题，另外从实际效果来看，视觉效果也比较好。针对第一个问题，实际上就是把电压值转换成点的坐标，
本设计中用液晶X轴中间的部分来显示波形，X轴坐标值范围为60~180，而心电信号的电压值范围为0~2V，则第一个问题转化为把电压范围0~2映射到坐标60~180的范围内。为了提高精度可以把电压范围在程序内部处理时扩大100倍，则转换精度为P=200/120=5/3，设转换后的坐标为xzb，另外液晶的坐标原点在右上角，则把电压Cur_val的范围0~200转换到坐标60~180 之间可以用以下公式：xzb=180－Cur_val*3/5。对于第二个问题解决的办法是在两点之间用直线连接起来，这样就需要把当前点的上一个点的坐标记住，用两个变量保存设为prxzb、pryzb。
5 系统调试结果及误差分析
经过软硬件的设计和制作，完成了基本的构架，但是还需经一部的调试和分析才能进一步的完善该系统
5.1调试手段
为检验各模块是否按要求进行正常工作，借助万用表、函数信号发生器以及示波器来进行检测，通过测试结果完成对各个模块完成功能的评估，对整体练调是一种很好的促进手段。
当硬件电路正常工作后，我们使用串口调试助手、J-Link进行在线调试。串口调试工具是通过串行通信接口与主控芯片的进行信息交互，其输出波特率与数据帧的格式都可以进行设置，具有使用灵活、操作简便的特点。J-Link是调试ARM嵌入式系统的常用工具。在每一部分程序调试通过后，对所有子程序进行整合编写出完的主程序。在开发环境中完成程序编译之后，通过J-Link工具把程序代码下载到STM32处理器中，然
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后通过程序的调试功能来进行程序的调试。使用J-Link工具的优点是：入门简单、可以全面的观察程序中的参数和微处理器中各个寄存器的值和状态，特别适合软硬件联调阶段。
5.2测量调试以及分析
调试过程中需要对该电路的每一模块逐步进行调试，使其完成各自的目标指数后方可整体联立进行综合调试
5.2.1采集电路的测试
采集电路主要是完成对心电信号的正确提取，主要要测试前置放大电路即AD627的性能测试，带通滤波电路测试及陷波电路测试等。
(1)AD620的性能测试 ? 差模增益
测量方法：差动输入端，正端接信号源信号，负端接地，输入信号为150mV，测量AD620A的输出端对地的电压，其值为1020mV。差模增益为6.8，与理论计算相一致。
? 共模抑制比
测量方法：两输入端输入50Hz共模信号，测量输出端对地电压。输入1.78V输出0.17V，所以，共模增益为：0.096。共模抑制比为：CMRR=10/0.096=104dB。 符合心电仪器设计标准。
(2)带通滤波电路测试
测量方法：实际测量中，输入一定电压幅度的正弦波，调节其频率，观察输出电压幅度的变化。测得，信号65Hz时开始有幅度衰减，100Hz时减为原幅度的1/3，信号低频在1Hz的时候开始衰减，0.7Hz的时候衰减为原幅度1/3。
(3)陷波电路测试
测量方法：实际测量中，输入一定电压幅度的正弦波，调节其频率使输出频率为50Hz，调节滑动变阻器，观察输出电压幅度的变化，当输出波形幅值最小最佳。调节波形如图16所示。
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图16 陷波电路实际效果
5.2.2 滤波算法测试
由前述可知，通过前置放大，高通低通滤波以及陷波电路和放大电路后，用示波器观察出来的波形如图17(a)所示。虽然R波明显出来但是很显然干扰比较大，经STM32处理器经行数据滤波后产生波形如图17(b)所示，该波形明显优越于未经处理的波形，由此可见数字滤波有效[16]。
图17(a) 未经滤波的波形 图17(b) 经滤波后的波形
5.2.3 整体测试和结果分析
从效果可以看出心电波形显示正常，波形稳定，基本没有工频干扰，说明硬件与软
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件滤波起到了作用。但波形也显而易见的与标准的心电图有一些差距，这与传感器的精度、位置及硬件电路的设计有关，也与数字滤波器的算法有一定的关系，还需进一步加以改善。从整体测试结果看，该系统较好的完成了预期的设想，能够较正确的从人体上采集信号并加以处理与显示。
图18 整体测试波形
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结束语
本系统实现的是便携式的小型化的心电监护系统，首先调查了市场上的心电图仪产品，并分析了它们存在的优点与不足，并借鉴了它们的优势部分应用到该系统中，研究了他们整体的设计方法，查阅了心电图仪器的相关电路设计，初步设计出本系统的方案，并探讨其实现的可行性。其次是对于芯片的选择也是非常重要的，本文选用了性价比高的基于Cortex-M3的STM32芯片作为微处理器，该MCU能够很好的完成系统所需的功能。在熟悉了软硬件开发环境后，采用模块化设计，把整个系统化分为多个小模块并逐步去实现。
针对目前市场上的便携式心电图仪器价格昂贵、功能复杂，携带不方便的局限性，本文设计了一种基于STM32芯片能够实时监控并且价格低廉的便携式心电信号采集仪。易携带的特性存储数据，能够完成长时间的心电监测，并选用TFT-LCD彩色液晶进行实时心电波形显示，通过按键使该系统具有良好的人机交互界面。
由于时间和精力等方面的限制，本系统还有需要进一步完善：
(1) 提高前端采集电路的精度。要想对心电信号做更进一步的分析，必须把更多的心电信 息采集出来，而本设计的前端电路丢失了一些细节信息。
(2) 对于信号的滤波和检测，本系统功能还不够强大，还不能很精确的识别出信号的多种 特征。可以考虑采用小波变换来处理，而关于波形检测的理论和实践在本领域还是有很多难度，目前就有很多的专家学者在研究此类问题。
(3) 对于数据的传输和处理，一是可以考虑用互联网传输，这样更加方便快捷。二是利用 计算机强大的数据处理能力结合神经网络等处理方法，这样系统就有了自主诊断功能。目前这个领域非常活跃，也是个充满挑战的课题，有待进一步深入研究。
总之，随着科技的日新月异，人们生活水平的不断提高，人们物质生活的层次逐步提高，对待健康与保健的重视程度越来越强，这就为医疗器械的发展带来了极大的机遇，利用高科技带来的技术革命去更新医疗器械更是一个巨大的市场机会。目前各大医疗器械厂商不断推出新式的医疗设备，而便携式、家庭化的无疑更具有竞争力，也符合人们目前的消费需求与理念。我们相信，在未来几年里，家庭化、便携式的医疗监护设备必将越来越普及。
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