多功能心电信号数据采样的研究

海南医学院信息技术部 黄育雁 张泉海

1.Matlab简介

MATLAB是美国的公司研发的一款商业数学软件，应用领域主要在算法的研究、数据的直观可视化、数据的分析以及数值的计算，其组成包括MATLAB和Simulink两个大的部分[1]。MATLAB能够进行矩阵的计算、制作函数计算数据、仿真算法、生成交互界面、能和其它编程语言综合等，其主要应用领域在工程计算控制、信号的处理、图像的压缩、信号的检测、金融建模的设计和分析。MATLAB由一系列工具组成。使用此类工具的用户能够方便的调用MATLAB中的函数，这些工具中多数是用户交互界面，该界面变得越来越精间，更加接近人们的使用习惯，使其便于操作与利用。现如今最新升级的软件让用户使用起来更加的便捷，而且还增加了许多的新任务新功能，使得软件的功能更为强大。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析[2]。

2.波形数据采样

多功能医学心电信号发生器要求输出心电图信号、正弦波、三角波、方波信号等，从系统设计原理中我们了解到，要想输出这些波形信号，就要对它们进行波形采样，在此，我们利用MATLAB对其进行抽样。

2.1 心电图信号采样数据

心电图指的是心脏在每个心动周期中，由起搏点、心房、心室相继兴奋，伴随着心电图生物电的变化[3]，通过心电描记器从体表引出多种形式的电位变化的图形（简称ECG）。图1为正常的心电图信号波形，它是由一系列的心动周期组成的。一个心动周期包括P波、QRS波群、T波及U波。心电图仪和心电监视仪是临床广泛使用的仪器，而本模拟心电图发生器可有效地应用于他们的检修，调整和保证它们的高效和正常使用，因而有很大的实用意义[4]。

图1 心电图信号

为了输出心电图信号，我们利用Matlab对上述信号采样后得到了一组数据如图2所示。

借助于输出其它波形同样的原理，利用这些数据来控制PWM信号的占空比，让其占空比按照心电图信号的幅度值大小，来变化，采样幅度值大，PWM信号的占空比就大，采样幅度值小，占空比就小，最后将调制后的PWM信号通过二阶的RC低通滤波器后，就能输出心电图信号。

2.2 正弦波数据采样

观察图2，大纲标准中，以理解与掌握为主要认知要求，其次是了解.一名中学教师，必须对每一个知识点有深刻体会，能理解每个知识点背后的数学思想和方法，而不是一知半解，符合常规认识.7张试卷同样侧重理解与掌握这两个认知水平，甚至几年试卷中理解与掌握的知识点比重较大纲标准更高.据此说明，这些试卷对考生的认知要求不低于考试大纲标准的要求，符合教师国考作为“选拔性考试”的功能——选拔出具有高专业素养的教师，侧面证实教师国考的难度与权威性.

图3 正弦波采样前波形

图4 正弦波采样后波形

通过Matlab导出了采样点数据如图8所示：

“典故”通常被使用来指关于历史人物、典章制度等的故事或传说，也有涉及诗人、词人词句和古谚的化用。一般意义上，“典故”的使用，或简称之“用典”，作为典型的修辞格而活跃于古今中外文人墨客手中。

智能无人值守变电站中继电保护系统应用信息技术，能够实现主备站通讯。在调度端应用信息技术，构建备调系统，集成主站设备、厂站设备，利用数据传输通道，实现数据采集与传输，能够确保信息传输的实时性与安全性。基于信息技术，厂站新设备投运后，备调系统和主调系统能够实现同步，完成远动信息接入联调与画面绘制等，发挥着积极的作用。

2.3 三角波数据采样

三角波也是应用很广泛的波形，在本设计中我们对如图6的三角波进行了采样，采样频率fS使用18KHz，由抽样原理可知，在一个三角周期中能抽得256个样点，采样后的波形如图7所示。

图6 三角波采样前波形

图7 三角波采样后波形

导出的256个抽样数据如图5所示。

利用这些数据来控制PWM信号占空比的变化，然后将调制过的PWM信号通过一个二阶的RC低通滤波器，就能恢复出如上图所示的正弦波形。

正弦波是频率成分最为单一的一种信号，根据采样定理：当采样频率fS大于信号中最高频率fmax的2倍时(fS＞=2fmax)，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息。在本设计中，对正弦信号进行了采样，其一个周期里的波形如图3所示，采样频率fS使用18KHz，由抽样原理可知，在一个正弦周期中能抽得256个样点，采样后的波形如图4所示。

图8 三角波信号数据

利用和输出正弦信号同样的原理，将这些数据存入一组数组中，来控制PWM信号的占空比变化，最后将被调制过的PWM信号通过二阶的RC低通滤波器，就能输出信号完整的三角波。

从传统成本管理到精细成本管理的过渡中，企业在成本管理的道路上不断探索，传统成本管理的信息处理模式较落后，没有考虑企业所处的信息化背景，很少使用计算机，没有充分利用Internet、EDI等信息技术，导致信息不完整、传递不及时，信息无法有效使用，无法为企业管理者提供决策支持。传统成本管理主要以手工处理方式为主，手工处理方式的局限性是只能提供企业的历史资料，基于历史资料所作出的成本控制方案是事后控制，不能对生产流程的成本控制进行实时监控。有些企业为了减少成本，例如盲目减少公司的投资成本，导致公司在生产得不到保证；还有在生产环节为降低成本，减少正当材料的使用量，最终导致企业产品质量出问题等。

2.4 方波信号

方波在我们日常应用中也是一种常见的波形。标准的方波的取值只有“高”和“低”。在本设计中，利用PWM信号，直接输出占空比为1/2的对称方波，无需对方波信号进行抽样，因此，实现简洁、稳定。

3.小结

本章首先对设计中用到的工具Matlab进行了一定的介绍，然后详细阐述了利用Matlab对心电图信号、正弦波、三角波、方波的采样，并将信号的采样数据一一列出，这些数据将被后面的程序设计所使用。

[1]http://baike.baidu.com/view/10598.htm,Matlab的简介.

[2]周开利.MATLAB基础及其应用教程[M].2007:1-4.

[3]http://baike.baidu.com/view/20611.htm,心电图的产生原理.

[4]衷云来.单片机模拟心电图发生器的制作[J].上海生物医学工杂志,2001,20.