MSP430FR5969具有豐富的片上資源，超低功耗工作模式，可靈活配置，易擴展，功能強大，高可靠性等，是可穿戴式產品設計的最佳方案。

本設計能比較好地完成了預期的設想，并初步實現了硬件系統和軟件系統的設計，完成了系統調試。經測試結果證明，基本達到了產品設計要求。

1、系統框圖，如圖(A)：

圖(A).系統框圖

2、硬件系統，如圖(B)：

圖(B).硬件系統圖

2、TI LaunchPad MSP430FR5969 硬件說明，如圖(1)：

圖(1). TI LaunchPadMSP430FR5969

圖(2).可穿戴動態心電模塊

本設計使用了MSP430FR5969片上的資源有：

<1> 12 Bit ADC，輸入引腳是P4.3，主要完成人體心電信號的采集，模數轉換過程。

<2> Clock System(CS)，系統的時鐘來源是MSP430FR5969內部集成DCOCLK，方便使用，不再需要外部晶振即可工作。

<3> UART，串行通信接口主要是跟藍牙模塊連接，數據傳輸功能，MSP430具有波特率自適應功能，使用還是很方便的。

<4> I2C，應用在對加速度傳感器MPU6050和人體熱釋電紅外傳感器數據的讀取。

<5> FRAM Controller，全新技術鐵電存儲，相對于SRAM來說還是有很大的優勢。

<6> REF_A，內部基準電壓，可提供給外圍電路使用，非常方便，AD8232心電傳感器正好需要一個基準電壓，對硬件來說，減少了這部分的設計。

<7> TIMER_A，定時器是必不可少的，對于程序設計需要時間時，定時器也很重要。

<8> GPIO I/O，系統LED閃爍，熱釋電傳感器單總線數據讀取等等。

<9> PMM，電源管理模塊，在可穿戴設備上，電源功耗管理是很重要的。

3、可穿戴動態心電模塊硬件說明，如圖(2)：

<1> 加速度傳感器MPU6050，如果在運動狀態下讓MCU也能采集到心電數據，這樣的傳感器是必備的，它能時刻監測系統處于任何狀態。

<2> 心電傳感器AD8232，主要完成心電信號前端放大差分和濾波等功能，輸出的信號可以讓MSP430FR5969采集。

<3> MSP430FR5969為本設計的核心器件，對采集到的數據進行處理和傳輸，完成整個系統的控制和管理等。

<4> DEBUG接口，可穿戴動態心電模塊的調試接口，跟TI LaunchPad連接即可在線調試仿真和程序下載等。

<5> ECG LEAD接口，模塊在不需要穿戴情況下，可以通過心電導聯線連接到人體身上，方便多種方式采集心電信號。

<6> Bluetooth接口，藍牙通信接口，連接藍牙無線模塊，與PC上位機，手機實時數據傳輸，藍牙方案成熟，使用方便等。

<7> DC-BOOST，為TI TLV61220BVT電源管理IC，特別是在使用紐扣電池的設備中，在極低的輸入電壓情況下也可以把該電壓抬升到讓MCU工作的電壓。

<8> ECG RA，在人體心電信號采集電路中ECG RA理論上是連接人體右臂，ECG RLD，是心電模擬端的右腿驅動，ECG LA用于連接人體左臂。

<9> PIR - 人體熱釋電紅外傳感器，主要應用在人體體溫數據采集。

1、硬件的原理圖和PCB設計軟件使用的是Protel 99 SE，如圖(3)和圖(4)，在四層PCB板以內的電路設計中，Protel 99 SE是一款比較簡單易用的PCB設計軟件，占用電腦資源比較少。PADS和Altium Designer Summer 09/13等也可以，但占用電腦資源較多…！

圖(3). 電路原理圖設計


圖(4).電路板PCB設計

2、數據信號處理和算法設計平臺：MATLAB，如圖(5)。外圍電路設計得相對簡單，但要想產品功能和性能得到更大提高，軟件設計是關鍵，特別是一些算法的設計處理，跟產品設計的成功有這密切關系。本設計所用到的算法有：心電信號低通濾波，高通濾波，帶通濾波，帶阻濾波，平衡濾波，抗基線漂移濾波算法，抗肌電干擾濾波算法，心率技術處理算法等。借助MATLAB數學軟件來進行數字信號處理和算法設計是一種高效的方法。

圖(5).MATLAB算法設計

3、MSP430FR5969軟件設計平臺：IAR Information Center for MSP430，版本是6.10.7。關于IAR，在MSP430開發中使用的人很多。

本系統的軟件工程如附件，找到項目工作空間并打開，對應的工程文件結構和程序的主函數分別如圖(6)，圖(7)所示：

圖(6). IAR工程文件結構


圖(7).項目工程主函數

軟件設計流程如圖(C)：

圖(C).軟件設計流程

<1> main函數模塊，程序執行開始，結構設計得比較簡潔，盡量詳細的注釋，這樣程序的可讀性會比較強。

<2> “Com.h”是用于包含和管理頭文件，一般把通用的頭文件都包含到該頭文件里，在平常比較大的項目開發中，頭文件管理是很有必要的。

<3> ADC采樣模塊，主要是完成ADC模塊的配置和初始化

<4> I2C模塊是用于讀取加速度傳感器和熱釋電傳感器數據

<5> 時鐘系統模塊，用于配置MSP430內部DCOCLK時鐘

<6> 定時器模塊，時間的基準

<7> 串行通信模塊，實現數據傳輸功能，與藍牙模塊連接，程序如下：

<8> 心電處理模塊，完成心電傳感器的控制，MSP430內部基準電壓產生和心電數據處理等功能，并根據協議打包發送到手機APP或是PC機。

<9> 濾波器模塊，心電數據濾波處理的模塊，包括心電信號低通濾波，高通濾波，帶通濾波，帶阻濾波，平衡濾波，抗基線漂移濾波算法等。

<10> 加速度模塊，主要是對MPU6050數據讀取和數據處理，傳輸等等。

<11> 熱釋電模塊，包括單總線數據傳輸，熱釋電內部校準值讀取，溫度計算等。

<12> 心率計算模塊，從心電波形中提取心率數值，本模塊可以在下位機實現，也可以由上位機來實現，算法都差不多。

圖(8). 動態心電模塊正面圖

圖(9). 動態心電模塊反面

圖(10). 心電板和Launch Pad MSP430FR5969 Kit

圖(11). 圖11-LaunchPad MSP430FR5969 Kit連接心電板

圖(12). 心電板側面圖

圖(13). 心電板跟藍牙模塊

圖(14). 汽車上的心電模塊

圖(15). 汽車上采集到的心電圖

圖(16). 心電模塊安裝過程

圖(17). 運動狀態下的心電模塊

圖(18). 運動情況下的心電模塊

圖(19). 運動中的心電

圖(20). 跑步狀態下的PC顯示心電波形

圖(21). 跑步狀態下的PC顯示心電波形

圖(22). 電腦上顯示心電波形

圖(23). 電腦上顯示心電波形

圖(24). 心電模塊和手機

圖(25). 手機顯示心電波形

    動態心電圖(Dynamic Electrocardiography DCG)于1949年由美國Holter首創,故又稱Holter心電圖. DCG可連續記錄24小時心電活動的全過程，包括休息、活動、進餐、工作、學習和睡眠等不同情況下的心電圖資料，能夠發現常規 ECG不易發現的心律失常和心肌缺血,是臨床分析病情.確立診斷.判斷療效重要的客觀依據。

    傳統的心電監護設備體積重、價格昂貴和不便攜帶的局限性，本設計以家庭消費化為項目定位方向的可穿戴設備，無論是正常人或是患者，中老年人均可適用。基于MSP430FR5969的可穿戴動態心電監測儀器具有體積小、成本低、功耗低、方便使用的優點，這在一定程度上滿足了人們的基本應用。

      可穿戴動態心電圖的特點就是能記錄患者二十四小時內心電圖形。它相比普通心電圖來說有許多優點，是判別心臟問題的比較可靠的一種方法。

      中國不斷加劇的老齡化趨勢，獨居老人增多，人力成本上升是可穿戴醫療增長的基礎。

      根據艾媒咨詢（iiMedia Research）數據顯示，2012年中國移動醫療市場規模達到18.6億元，較上一年增長17.7%。預計2017年底，中國移動醫療市場規模將突破百億，達到125.3億元。按照GSM對移動醫療行業測算標準，醫療設備廠商和內容與應用提供商占比約39.83%，預計到2017年，中國可穿戴便攜醫療設備市場銷售規模將接近50億元。

      由此可見，可穿戴式動態心電監測儀的市場前進是很廣闊的。特別是超低功耗類的設備更具有競爭力，也是未來市場發展的趨勢。可穿戴式動態心電監測儀讓有限的資源普惠更多民眾將成為移動健康的一片新藍海。

本設計分為一期和二期，一期主要實現模塊的各項功能和參數，二期以產品的設計要求來完善各項功能和指標。

以MSP430FR5969為核心的可穿戴動態心電監測儀，具有功耗低、性能可靠、成本低等優點。下一步將以市場需求為導向，對本設計進一步完善，追求MSP430FR5969功耗的最低極限，追求產品性能的高可靠性，并加快步伐把產品推向市場，讓更多的人能夠享受創新科技產品帶來的便利！

本設計以超低功耗MSP430FR5969微控制器為核心的可穿戴式動態心電檢測儀，具有的創新點：

<1> 動態顯示心電波形，無論是在室內還是戶外，無論是在休息還是活動狀態，心電波形和心率、體溫等都能時時刻刻采集顯示。

<2> 核心器件選用是業界最低功耗的MSP430微控制器，讓可穿戴式產品的功耗設計達到了最低極限，待機和工作時間都達到了最長。

<3> 采樣低功耗模式的集成心電傳感，讓產品設計得更加小巧，更加方便使用和攜帶，產品的功耗也得到了進一步降低。

<4> 本設計集成了加速度穿傳感器,無論是在活動狀態下還是在精致狀態下，微控制器都能精準地檢測到，并根據人的活動狀態做出判斷，包括濾波器選擇等等。

<5>增加了人體紅外熱釋電傳感器，隨時隨地時刻都可以檢測人體體溫。

<6> 本設計提供多種應用模式，用手按住電極片采集心電方式，采樣導聯線連接采集心電方式或是直接貼在人體胸口采集心電方式，讓使用更加方便。

<7> 采樣紐扣電池既可以工作，功耗極低，不再為待機和工作沒電而煩惱。

<8> 心電數據通過藍牙無線傳送方式，讓產品的應用更加簡單。

<9> 顯示方式多樣化，可選擇在家里使用時采樣電腦顯示心電波形，或是外出時使用手機隨時隨地觀察心電波形等。

<10> 便攜式，可穿戴式，讓每個人在任何場地都能夠方便使用。

<11> 多種心電算法，抗運動濾波，心率計算，加速度處理，體溫等，貫穿融合于MSP430FR5969上，PC機上和手機APP上。

      TI留給電子專業學生的印象一直都很好，在大學里提供了許多優質的服務，有培訓的、有演講的、有合作實驗室的、有活動比賽的、有免費提供樣片和開發工具的……。

      這一次的低功耗設計大賽能夠順利完成，一路過來，經歷了許多困難和挫折，都沒輕易放棄，一次次地給自己打氣，不斷地找資料，一個一個問題地解決，在這過程得到了大家細心的指導和幫助，讓本設計得更加完善。

      經歷這一次的設計實踐，MSP430FR5969的低功耗和性能給我留下了深刻的印象，在可穿戴領域的應用是必不可少的，在未來也是必不可少的……

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