2016年全国生物医学工程创新设计竞赛命题组电子类
心电数据采集与心率检测装置（A题）
一、任务
以MSP430F5529 Launchpad系统板（MSP-EXP430F5529LP）或其他单片机与微处理器为核心，使用TI公司或其他公司的高性能模拟器件搭建微弱信号提取电路，根据所采集得到的QRS波形，设计心率算法，实现心率监测装置。
二、要求
基本要求：
（1）满足国家医药行业标准（YY139-2000）的主要技术指标并留出可测试接口和测试方法：
A、共模输入阻抗和差模输入阻抗；
B、带宽；
C、模拟增益与数字信号灵敏度（mV/bit 或bit/mV）。
（2）有适当的显示出口：液晶显示屏、示波器、手机或计算机，用以观察放大处理后的心电波形；
（3）有效的心率计算，心率计算由单片机实现，并配备有显示单元；
（4）实现系统的低功耗运行。在电路板上需预留电流测试端口，用于功耗测量：
A、平均功耗；
B、峰值功耗。
（5）采用TI或其他无线模块，例如CC256x，CC254x蓝牙模块，将心电波形和心率相关信息发送至手机或其他设备进行显示；
（6）能够在各种特殊的心电波形下准确识别R峰和计算心率：
A、高大T波；
B、双R峰；
C、小r大S（qrS）；
D、室早；
E、B型预激。
三、评分标准
设计 报告 | 项 目 | 分数 |
系统结构、实现方案 | 10 |
电路设计与原理图 |
心率算法描述 |
测试数据 |
图文规范 |
作品 要求 | 完成第（1）项，且有从上至下设计、性能需求和噪声抑制手段的说明。（该项为对抗性指标：在其他性能与指标相同时，指标高者为胜） | 15 |
完成第（2）项，心电波形 | 5 |
完成第（3）项，心率计算的方法 | 30 |
完成第（4）项，功耗。（该项为对抗性指标：在其他性能与指标相同时，功耗更低者为胜） | 15 |
完成第（5）项 | 10 |
完成第（6）项，其他 | 15 |
附加分 | 工艺精良、体积小、可靠性好、测量稳定、抗运动性能等（该项分数在前两大项合计在80分以上才记录总分） | 20 |
总分 | 100 |
四、说明
（1）报告中的测试数据应包括：
A. 本题所指定模拟电路指标的设计值及测量值；
B. 放大后的心电信号图。心电信号源建议使用Fluke ProSim 4 vital signal simulator中的ECG信号产生模块RA和LA通道；或采用真实人体信号的I导联信号。
C. 心率准确度。若采用Fluke ProSim 4 vital signal simulator中的ECG信号产生模块，需测试30~120 bpm不同心率；若采用真实人体信号的I导联，必须与市场有售心率测量仪进行对比测试，并注明心率测量仪具体型号，测试心率应保证一定范围。
（2）功耗。在系统正常记录工作时，在系统的供电端预留电流测试接口接入电流表测量，并记录电流值。
（3）心电模拟信号源
Fluke ProSim 4 vital signal simulator中的ECG信号产生模块所产生的模拟QRS幅度约在1mV左右。
（4）心电电极接口
心电电极采用图示标准一次性纽扣电极。电路板上应留有与之配套的纽扣电极线接口。 也可以采用类型的导联线或电极，但必须为裁判在竞赛时检测提供方便的连接，否则后果自负。
可使用连接线如下图所示：
（5）系统电流（功耗）的测量
双波长PPG数据采集与血氧检测装置（B题）
一、任务
使用TI公司或其他公司的高性能模拟器件搭建微弱信号检测与处理电路，以MSP430F5529 Launchpad系统板（MSP-EXP430F5529LP）或其他单片机与微处理器为核心，但不得使用使用TI公司的用于脉冲血氧仪的集成模拟前端AFE4490和ADI公司的脉冲血氧仪的集成模拟前端ADA4350等集成电路或任何成品电路，实现心率与血氧饱和度的测量装置。
二、要求
基本要求：
（1）实现双波长PPG（PhotoPlethysmoGraphy，光电容积脉搏波）的测量：
A. LED的驱动与光电传感器及其接口电路；
B. 双波长信号分离电路（可以采用数字信号处理方式）；
C. 双波长光电信号的交直流分离电路（可以采用数字信号处理方式）；
D. 双波长PPG的交直流信号采集电路。
（2）有适当的显示出口：液晶显示屏、示波器、手机或计算机，用以观察放大处理后的双波长PPG波形；
（3）有效的心率与血氧饱和度计算，心率与血氧饱和度计算由单片机实现，并配备有显示单元；
（4）实现系统的低功耗运行。在电路板上需预留电流测试端口，用于功耗测量：
A．平均功耗；
B．峰值功耗。
（5）采用TI或其他无线模块，例如CC256x，CC254x蓝牙模块，将双波长PPG波形和心率、血氧饱和度等相关信息发送至手机或其他设备进行显示；
（6）其他有价值的功能，如心率与血氧饱和度超限报警及其阈值设置、计步器等有机结合。
三、评分标准
设计 报告 | 项 目 | 分数 |
系统结构、实现方案 | 10 |
电路设计与原理图 |
心率与血氧饱和度算法描述 |
测试数据 |
图文规范 |
作品 要求 | 完成第（1）项，且有从上至下设计、性能需求和噪声抑制手段的说明 | 15 |
完成第（2）项，单波长或双波长PPG波形显示 | 5 |
完成第（3）项，心率与血氧饱和度计算的方法 | 30 |
完成第（4）项，功耗。（该项为对抗性指标：在其他性能与指标相同时，功耗更低者为胜） | 15 |
完成第（5）项 | 10 |
完成第（6）项，（该项为对抗性指标：在其他性能与指标相同时，有效功能多者为胜） | 15 |
附加分 | 工艺精良、体积小、可靠性好、测量稳定、抗运动与低灌注性能等（该项分数在前两大项合计在80分以上才记录总分） | 20 |
总分 | 120 |
四、说明
（1）报告中的测试数据应包括：
A. 本题所指定模拟电路指标的设计值及测量值；
B. 双波长的信号图。可以采用血氧饱和度模拟仪作为信号源，也可真人测试。
C. 心率准确度。若采用采用血氧饱和度模拟仪作为信号源，需测试30~120 bpm不同心率；若采用真实人体信号的I导联，必须与市场有售心率测量仪进行对比测试，并注明心率测量仪具体型号，测试心率应保证一定范围。D.
（2）功耗。在系统正常记录工作时，在系统的供电端预留电流测试接口接入电流表测量，并记录电流值。
争霸赛：可穿戴式心率检测装置（C题）
作品应具备无线传输功能，把单片机或嵌入式微处理器上计算的心率（单拍计算）传输到手机或计算机上显示，并能够以EXEL文件存储不少于2分钟的心率数据序列。对抗赛的主要指标（排前者权重最大）：
1. 抗运动能力：两套或多套作品穿戴在同一健康志愿者身上，进行3次、每次不短于3分钟的运动测试，每次取正中间的2分钟数据进行评比，3次总计错误心率次数少者为胜（少于3次（不含）以上，否则进入第2项评比）。
2. 功耗：如果功耗低于对手20%以上为胜（如果1和2项互有胜出，则进入第3项）。
3. 工艺精良、体积小、可靠性好、测量稳定等：由裁判组（不少于3人）裁决。
说明：
志愿者以3次/S原地跑的强度进行；
如果作品的主要性能指标达到目前世界最好水准，则可获得争霸赛的霸主称号和相应的奖金，该题竞赛结束，下一届重新命题。
如果作品的主要性能指标未能达到目前世界最好水准，则可获得争霸赛的年度霸主称号，下一届继续进行该题目竞赛。下一届主办方有权停止该竞赛。
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