作品全部开源了哦：
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2020年TI杯参赛实录https://blog.csdn.net/weixin_44578655/article/details/109020022
摘要 摘要：本设计给出了基于ADS1292、LMT70、单片机、姿态传感器、无线通讯模块的无线运动传感器节点的设计方案。系统通过ADS1292采集心电信号，信号经FIR带通滤波器去除基线漂移和肌电信号干扰，再使用阈值分割测量R波周期，计算出瞬时心率。通过LMT70采集温度数据，经查表法实现温度测量，温度可精确至1℃。通过加速度计、陀螺仪等传感器数据融合，解算出使用者运动姿态信息，实现运动步数测量，通过运动姿态计算步长，实现运动距离测量。系统配备LCD显示器显示测量信息，同时通过WIFI模块将数据上传至服务器端，服务器端可实时显示使用者心电波形、心率、温度和运动数据。 关键词：ECG ADS1292 FIR带通滤波器 LMT70 运动姿态解算WIFI Abstract:This design gives the design scheme of wireless motion sensor node based onADS1292, LMT70, synth, attitude sensor and wireless communication module.Thesystem collects the heart signal through ADS1292, and the signal is removed bythe FIR band-pass filter to remove baseline drift and myo-electrical signalinterference, The R-wave cycle is then measured using threshold segmentation tocalculate the transient heart rate. 英语翻译。 Temperature data is collected by LMT70, andtemperature measurement can be achieved by the metering method, which can beaccurate to 0.1℃. English translation. Through the fusion of sensor data such asaccelerometers and gyroscopes, the user's motion attitude information issolved, the motion step measurement is realized, the step is calculated bymotion attitude, and the motion distance measurement is realized.The system isequipped with an LCD display to display measurement information while uploadingdata via the WIFI module to the server side, which displays the user's heartwaveform, heart rate, temperature and motion data in real time. Key words: ECG ADS1292 FIR Band-pass Filter LMT70 Motion attitude solution Wifi 目录
一、 方案设计与论证1.1 方案描述无线运动传感器节点实现了实时心电采集、心率测量、体温检测、步数测量与联网数据传输等功能，心电信号采集使用ADS1292R模拟前端芯片；心率由采集的心电波形处理运算得到；体温检测使用LMT70温度传感器；单片机选用STM32F103C8T6；联网数据传输功能基于ESP8266模块；网络传输的物理层选择TCP协议；服务器端使用C#语言搭建，服务器的UI界面基于winform窗体应用，服务器端心电波形的实时显示基于winform的chart图表控件。 1.2 方案论证下面给出系统关键方案的比较与选择。 1.2.1 ECG信号处理与心率检测方案比较与选择（1）去除ECG的基线漂移和肌电信号设计方案 方案一：零相位IIR滤波器，无限长单位冲激响应滤波器 先确定出滤波器的初始条件，然后将原序列的首尾进行扩展，把扩展后序列通过滤波器，将所得结果反转后再次通过滤波器，最后将所得结果再翻转，并去掉首尾的扩展部分，即可得到零相位滤波后的输出序列。 方案二：基于FIR的带通滤波器，有限长单位冲激响应滤波器 长度为N的FIR输出对应于输入时间序列 的关系由一种由有限卷积和的形式给出，具体形式如下： 图没法显示（请移步附件） 图1-2 FIR滤波器原理 方案选择：IIR滤波器虽然可以利用模拟滤波器设计的结果，而模拟滤波器的设计有大量的图表可查，方便简单，但它的相位是非线性的。图像处理以及数据传输都要求信道具有线性相位，同时又可以具有任意的幅度特性。此外，FIR滤波器的单位冲激响应是有限长的，因而滤波器一定是稳定的。故而选择方案二进行ECG的基线漂移、肌电信号滤波。 （2） R波检测与心率测量设计方案 图没法显示（请移步附件） 图1-3 标准ECG波形示意图 方案一：幅度阈值法，使用滑动平均求出ECG信号3-5周期的均值，向R波尖峰方向偏移固定比例作为幅度阈值检测R波尖峰，得到R-R时间，进而计算出瞬时心率。 方案二：斜率阈值法，根据经验值设定R波斜率阈值，分辨R波，计算瞬时心率。 方案选择：在实际测试的ECG波形中，R波斜率与运动产生的肌电噪声干扰近似，经验值很难找到准确的分割点。幅度阈值法的阈值由过去均值决定，有一定自适应性，且R波幅值特征明显。故选择方案一进行R波检测和心率测量。 1.2.2 LMT70温度传感器测量人体温度方案比较与选择（1）LMT70温度采集方案设计 方案一：进行实际标定，标定采用可控温度源作为恒温热源，使用LMT70进行温度采集，检测LMT70输出电压，得到温度值与模拟电压的关系表，使用分段拟合法得到不同温度区间内的线性系数，测量时查表。 方案二：采用LMT70的datasheet所提供的电气特性温度查找表（LUT），获取温度与模拟电压值对应关系。 方案选择：经过实际测试比较，可控温度源产生温度受环境影响较大，标定条件要求高， LMT70输出稳定，温度匹配度高，采用电气特性温度查找表（LUT）所获温度与模拟电压关系准确可靠，最终选择方案二。 （2）原始模拟电压量转换温度方案设计 方案一：使用最小二乘和方法，对照电气特性温度查找表（LUT）数值，使用最小二乘和方法，生成了最合适的三阶传递函数： 公式没法显示（请移步附件）
方案二：测量25-42°C电气特性温度对应关系，使用一阶线性拟合，得到对应公式： 公式没法显示（请移步附件）
方案选择：经过数据处理分析以及实际检测，当一阶方程的模模拟电压输入量变化时，温度变为较大，精度小。三阶方程适用于-10°C至110°C的较宽温度范围，且温度变化幅度小，精度高，拟合效果好，所以最终选择方案一。 1.2.3运动信息采集方案比较与选择（1）步数检测方案设计 方案一：利用MPU6050内部数字运动处理器DMP，可直接读取当前步数。 方案二：将惯性测量单元（包括陀螺仪、加速度计）垂直固定在大腿上，根据陀螺仪、加速度数据解算出空间欧拉角，再根据欧拉角变化检测抬腿和落腿动作，进而计算步数。 方案选择：利用方案一的DMP库测量步数，步数少时，测量准确度不高，且计步前需要校准。方案二分析人体行走时腿部姿态特征实现行走检测，经测试该方法在任何步数区间内都能达到≤1步的差，准确性好。 1.2.4 数据上传方案比较与选择方案一：使用蓝牙数据透传模块与手机APP上位机进行通信和数据传输，蓝牙适合短距离传输，手机端的APP上位机现有方案丰富，开发快捷。 方案二：使用WIFI模块与服务器进行TCP数据透传实现节点数据上传，将服务器部署在公网环境下时，节点可远程上传数据，不受无线模块本身的传输距离影响，服务器需要自行搭建，开发速度慢。 方案选择：作品要求节点可是实现无线上网，使用蓝牙传输数据与要求不符，且蓝牙只能短距离数据传输。综上，选择方案二，使用WIFI模块并自行搭建服务器。 二、 理论分析与计算2.1 心电测量方法2.1.1 FIR带通滤波器各参数设计（博客没法编辑公式，系统有博客大小限制，没法放图，附件有PDF，可以下载看）
2.2 体表温度测量方法 原始模拟电压量转换温度过程中，使用最小二乘和方法，对照电气特性温度查找表（LUT）数值，生成了合适的三阶传递函数： 2.3 运动量统计2.3.1行走腿部姿态特征点提取传感器安装在右腿表面，使用惯性测量单元测量抬腿时右腿大腿的与垂线的相对角度，根据人体正常行走姿态特征找到3个特征点，分别为抬右腿、落右腿、抬左腿，分别用来判断右腿迈出、右腿落下、左腿迈出。抬腿角度信息经过幅度阈值和斜率阈值法判断是否达到上述3个特征点，以此达到准确计步效果。 图2-3行走姿态示意图 2.3.2 距离测算测试者的步数能够准确得到，但由于每个人的步距不同，因此需要自校准过程。让测试者走完完整5米（严格规定距离），测量步数，根据步距=规定距离/步数，得到测试者的平均步距。在最终测距时，利用实际步数和平均步距的乘积得到行走的距离。 三、 电路与程序设计3.1 电路框图图没法显示（请移步附件）
图3‑1电路框图 3.2 具体电路设计本组采用自制PCB完成系统设计，原理图部分包括ADS1292R心电采集模块、单片机最小系统模块、LMT70温度传感器模块、外接模块接口等。 各部分原理图见附录。 3.3 系统软件框图见附录。 3.4 核心算法流程图见附录。 四、 测试结果4.1测试方案系统测试包括四部分，ECG信号采集部分、温度采集部分、运动信息采集部分、无线传输部分。 1.ECG信号采集 （1） ECG信号采集部分： 使用FIR带通滤波器和不使用滤波器分别测量人体，对比观察波形效果。将导联线接入心电模拟器，观察心电波形，拔掉导联线，记录拔掉导联线到波形明显失常的时间间隔。测量心电模拟器，查看测量出的瞬时心率与模拟器标称心率的偏差。 （2）温度采集 首先用标准体温计测量被测试者的手掌温度并记录，重复测量3次，求标准温度平均值。再利用本作品进行测量，测试者用手掌握住LMT70传感器的感应部分，保持握姿直至测试温度数据稳定并记录，重复上述操作3次，计算出测试温度平均值。将标准温度和测试温度数据作对比，计算误差。 （3）运动信息采集 首先被测试者应穿戴好测试设备，将主控核心部件挂在腰间，将姿态传感器绑在大腿合适位置。接着进行被测试者的步距自校准过程，即得到平均步距信息。 最后，被测试者在标定5米直线上来回走动，走完5米整数倍距离后，根据收到设备数据统计步数和行走距离。与实际步数和实际行走距离做对比，计算误差。 4.2测试数据（1）心电测试 图没法显示
图4-1 心电波形滤波前后对比 （2）温度测试： 平均值：标准温度：（34.3 + 34.4 + 34.5）/ 3 = 34.4 测试温度：（36.2 + 36.5 + 36.4）/ 3 = 34.2 误差：0.5% （3）步数、距离测试 步距自校准： 平均步距：5 / 8 = 0.625m/步 | 测量距离/m | | | 测量步数/步 | | | 实际距离/m | | | 实际步数/步 | |
步数误差：0% 距离误差：3.125% 4.3.测试结果分析（1）使用均值滤波和FIR带通滤波器可基本滤除心电信号的基线漂移和肌电干扰，效果良好。 （2）使用电气特性温度查找表（LUT）测算的温度可满足±1℃的误差。 （3）使用姿态角测算步数可达到≤1步的误差。 （4）经过步长校准后的距离数据可满足10%误差的精度要求。 五、 参考文献[1]夏翀. 心电信号实时检测算法研究[D].湖北工业大学,2017.
[2]刘文杰.FIR带通滤波器的设计与实现[J].电子世界,2020(10):108.
[3]凌生强,廖柏林,丁亮,胡小勇,徐澧明.基于Matlab的FIR带通滤波器设计及DSP实现[J].现代电子技术,2012,35(09):176-178+186. [4]薛刘辉. 可穿戴多传感生理监测装置的设计与实现[D].电子科技大学,2020.
[5]. TI LMT70+MSP430F5529可穿戴设备温度传感器参考设计[J]. 世界电子元器件,2015,(06):16-18. 六、 附录
图6-1无线运动传感器节点系统软件框图
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图6-2 心率检测算法流程图 图没法显示（请移步附件）
图 6-3 ADS1292模块原理图 图没法显示（请移步附件）
图6-4 最小系统原理图 图没法显示（请移步附件）
图 6-5 LMT70模块原理图 图没法显示（请移步附件）
图6-6 稳压电路模块原理图 图没法显示（请移步附件）
图6-7 系统实物图
图没法显示（请移步附件）
图6-8
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