臺灣博碩士論文加值系統

本論文以發展一套無線生理訊號監控系統結合系統晶片與藍芽傳
輸技術為核心，本系統包括感測端與平台監控端兩部分，感測端是由
生理訊號感測器、類比訊號處理電路、PIC 微控制器及藍芽模組所組
成。我們利用心電圖電極貼片與AD590 做為生理訊號感測器，並以
PIC16F877 做為感測端的MCU 裝置，利用其內建ADC 數位類比轉換
模組將濾波放大後之類比訊號做A/D 轉換，並利用USART 串列傳輸
介面整合藍芽模組將數位資料傳送至平台監控端。系統晶片平台端會
將接收到的數位資料進行體溫、心跳次數與ECG 等生理訊號值運算。
最後，透過平台端的RJ-45 網路埠將生理訊號值傳送到網頁上即時顯
示，並將心電圖波形即時顯示於FPGA 發展平台的LCG 模組上。根據
實作成果顯示本系統在未來居家醫療照護領域上具有一定的實用性。

We propose a wireless physiological signal monitoring system which integrates System on a Chip (SOC) and Bluetooth wireless transmission technologies in our thesis. The system is consisted of two parts which include sensor unit and monitor unit. The first part consists of physiological sensors、analog signal processing circuits、micro controller (MCU) and Bluetooth module. We use ECG Electrode and AD590 as physiological signals acquisition sensors and the Microchip PIC16F877 as the front-end
device to design several filters and amplifier circuits to process and convert signals of body temperature, heartbeat and ECG into digital data. To send the digital data to the SOC platform in real-time, the Bluetooth module is integrated into our system. The second part is SOC platform to calculate the body temperature, heartbeat and ECG data. Finally, displaying these physiological signal values on Web page in real-time through RJ-45 of SOC platform and displaying electrocardiogram on the LCG module of the
FPGA development platform are created. The results show our proposed wireless physiological signal monitoring system is very feasible for future wireless home take-care application.

中文摘要 .................................................. i
英文摘要 ................................................. ii
誌謝 .................................................... iv
目錄 ..................................................... v
表目錄 .................................................. ix
圖目錄 ................................................... x
第一章 緒論................................................ 1
1.1 研究背景............................................... 1
1.2 研究動機與目的......................................... 4
1.2.1 研究動機............................................ 4
1.2.2 研究目的............................................ 5
1.3 論文架構.............................................. 6
第二章 系統設計原理與方法................................... 7
2.1 硬體設計.............................................. 8
2.1.1 生理訊號感測器....................................... 8
2.1.2 儀表差動放大器...................................... 13
2.1.3 高通濾波器.......................................... 13
2.1.4 低通濾波器.......................................... 14
2.1.5 基線漂移問題........................................ 15
2.1.6 箝位電路設計........................................ 16
2.1.7 體溫量測電路設計..................................... 17
2.2 軟體設計.............................................. 18
2.2.1 感測端............................................. 18
2.2.2 監控端............................................. 20
2.3 韌體設計............................................. 21
2.3.1 Microchip 微控制器................................. 21
2.3.2 Xilinx FPGA 系統晶片平台............................ 22
2.3.3 藍芽無線傳輸技術.................................... 28
第三章 系統功能測試與整合................................... 37
3.1 感測端各部份功能測試................................... 37
3.1.1 儀表差動放大器測試................................... 37
3.1.2 高通濾波器測試...................................... 39
3.1.3 低通濾波器測試...................................... 41
3.1.4 箝位電路測試........................................ 43
3.1.5 體溫量測電路測試..................................... 48
3.2 eb500 藍芽模組功能測試................................. 49
3.3 FPGA 系統晶片平台功能測試.............................. 50
3.3.1 RS232.............................................. 50
3.3.2 LCG................................................ 52
3.3.3 BCM5221............................................ 53
第四章 實作方法與結果...................................... 56
4.1 實驗設備.............................................. 58
4.1.1 硬體測試設備........................................ 58
4.1.2 韌體測試設備........................................ 59
4.1.3 量測訊號參考設備..................................... 61
4.2 感測端硬體實作........................................ 63
4.2.1 儀表差動放大器...................................... 63
4.2.2 高通濾波器.......................................... 64
4.2.3 低通濾波器.......................................... 64
4.2.4 消除基線漂移問題..................................... 65
4.2.5 箝位電路............................................ 67
4.2.6 體溫量測波形........................................ 67
4.2.7 感測端硬體實體圖..................................... 68
4.3 FPGA 系統晶片韌體設計.................................. 69
4.3.1 開發環境............................................ 69
4.3.2 系統運作結果........................................ 70
第五章 討論............................................... 72
5.1 感測端............................................... 72
5.2 eb500 藍芽傳輸模組.................................... 74
5.3 系統晶片平台.......................................... 75
第六章 結論與未來展望...................................... 76
6.1 結論................................................. 76
6.2 未來展望.............................................. 77
參考文獻 ................................................. 78
自 述 ................................................... 81

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