Zastosowanie mikrokontrolera STM32 do przetwarzania sygnałów biomedycznych w czasie rzeczywistym

• Autorzy: Ostrysz Marek , Sondej Tadeusz

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2024.8.2

Warianty tytułu

EN

Using of a STM32 microcontroller for biomedical signals processing in real time

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono zastosowanie mikrokontrolerów STM32 do przetwarzania sygnałów biomedycznych w czasie rzeczywistym, ze szczególnym uwzględnieniem wykorzystania bibliotek CMSIS-DSP. Opisano podstawy przetwarzania sygnału fotopletyzmograficznego (PPG) i elektrokardiograficznego (EKG), przedstawiono strukturę biblioteki CMSIS-DSP i koncepcję przetwarzania sygnałów w mikrokontrolerach oraz przedstawiono przykładową implementację algorytmów DSP. Przedstawiono również wybrane elementy optymalizacji opracowanych algorytmów obliczeniowych, zwracając uwagę na efektywne zarządzanie zasobami pamięci i mikroprocesora. Zaproponowane rozwiązania mogą mieć zastosowanie w systemach elektroniki noszonej do monitorowania parametrów życiowych człowieka, np. pomiaru saturacji krwi tlenem i do obliczania zmienności rytmu serca.

EN

The article presents applications of STM32 microcontrollers for real-time biomedical signal processing, with particular emphasis on the use of CMSIS-DSP libraries. The basics of photoplethysmographic (PPG) and electrocardiographic (ECG) signal processing are discussed, the structure of the CMSIS-DSP library and the concept of signal processing in microcontrollers are presented and an example implementation of DSP algorithms is provided. Computational algorithm optimization elements are also presented, focusing on efficient memory and processor resource management. The proposed solutions can be applied in wearable electronics systems for monitoring human life parameters, such as blood oxygen saturation measurement and heart rate variability calculations.

Słowa kluczowe

PL

mikrokontroler STM32; CMSIS-DSP; przetwarzanie sygnałów biomedycznych; czas rzeczywisty; optymalizacja wydajności; monitorowanie zdrowia

EN

STM32 microcontrollers; CMSIS-DSP; biomedical signal processing; real time; performance optimization; health monitoring

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 65, Nr 8
• Strony: 11--17
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Ostrysz Marek

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Elektroniki, Warszawa

autor

Sondej Tadeusz

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Elektroniki, Warszawa

Bibliografia

• [1] Z. Gajo, Podstawy cyfrowego przetwarzania sygnałów, Warszawa: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2019.
• [2] E. Sazonov, Wearable Sensors. Fundamentals, Implementation and Applications. Second Edition, Academic Press, November 10, 2020.
• [3] T. P. Zieliński, Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Od teorii do zastosowań., Warszawa: Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, 2014.
• [4] A. Dobrowolski, Transformacje sygnałów od teorii do praktyki, Legionowo: Wydawnictwo BTC, 2018.
• [5] J. A. Panicos, A. Kyriacou, Photoplethysmography signal processing and synthesis, Academic Press, November 3, 2021.
• [6] A. D. T. S. Krzysztof Sieczkowski, Metoda ciągłego monitorowania zmienności czasu propagacji fali tętna w warunkach naturalnych zakłóceń, Warszawa: Wojskowa Akademia Techniczna, 2020.
• [7] M. K. B. S. Krzysztof Szydło, „Zasady wykonywania elektrokardiogramu,” w Interpretacja EKG. Kurs podstawowy, Warszawa, PZWL Wydawnictwo Lekarskie, 2024.
• [8] M. E. Y. H. D. G. Cem Ünsalan, Digital Signal Processing using Arm Cortex-M based Microcontrollers. Theory and Practice, Cambridge: Arm Education Media, 2018.
• [9] „Arm Keil official website,” [Online]. Available: https://www.keil.com/pr/article/1302.htm.
• [10] „CMSIS-DSP Software Library,” [Online]. Available: https://www.keil.com/pack/doc/CMSIS_Dev/DSP/html/index.html.
• [11] „CMSIS-DSP FIR,” [Online]. Available: https://arm-software.github.io/CMSIS_5/DSP/html/group__FIR.html.
• [12] „Witryna środowiska projektowego SignalPlant,” [Online]. Available: https://medisig.com/signalplant/.
• [13] „CMSIS-DSP RFF T,” [Online]. Available: https://www.keil.com/pack/doc/CMSIS_Dev/DSP/html/group__ RealFFT.html#gac5fceb172551e7c11eb4d0e17ef15aa3.
• [14] „CMSIS-DSP Complex Magnitude,” [Online]. Available: https://www.keil.com/pack/doc/CMSIS_Dev/DSP/html/group__ cmplx__mag.html#gaba4e0eff7816fe80d01121fb4cf6c6bc.

Uwagi

Projekt był finansowany przez Wojskową Akademię Tecgniczna w ramach pracy nr UGB-755.