eTouch PVDF压电薄膜在心冲击信号采集与处理中的应用
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更新于2024-06-15
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"基于单片机的心冲击信号采集与处理方法的研究"
本文主要探讨了一种针对心冲击信号(Ballistocardiogram, BCG信号)的采集与处理技术,该技术利用了eTouch压电薄膜传感器,这是一种新型的、具有高性价比、结构简单且灵敏度高的材料。BCG信号是由于心脏活动引起的微弱人体振动,通过检测这种振动来获取心脏健康信息。传统的传感器如压电陶瓷或电极贴片在价格、舒适度和复杂性方面存在局限,而eTouch PVDF压电薄膜则提供了一种更为理想的解决方案。
在硬件设计方面,文章提出了一个五部分组成的信号采集电路。首先是前置电荷放大电路,它负责将压电薄膜传感器捕获的微弱电荷转换成电压信号。接着是滤波电路,其主要功能是消除高频噪声和直流干扰,设定的滤波范围在0.15-30Hz。然后是主电压放大电路,将信号放大至适当的幅度。陷波电路用于去除可能存在的工频干扰,确保信号的纯净。最后,电平提升与稳压电路确保输出信号满足STM32单片机的ADC(模数转换器)输入要求。这套电路设计能够在坐姿和躺姿下有效捕捉人体微弱的BCG信号。
在软件算法层面,文章介绍了如何提取心率和呼吸率。首先应用截止频率为0.48Hz的低通数字滤波器进行连续三次循环滤波,以区分心跳和呼吸波。然后,通过快速傅立叶变换(FFT)在频域内分析信号,从而精确地计算心率和呼吸率。
文章采用STM32系列单片机进行信号处理和结果显示,实现了心率算法和呼吸率算法的实时计算与显示。STM32以其高性能、低功耗的特点,成为处理此类生理信号的理想选择。
研究结果证明,基于eTouch压电薄膜的BCG信号采集与处理系统是可行的,并且该系统具有安全性高、操作便捷、灵敏度优越和成本效益显著的优点。这一系统对于远程健康监测、便携式医疗设备等领域具有广阔的应用前景。
关键词:压电薄膜;数字滤波器;STM32单片机;心率;呼吸率
2020-10-19 上传
2021-01-19 上传
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2022-01-20 上传
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