基于MF10的大范围心率检测系统的实现
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图5 模式 A* 示意图 图M 带通滤波器的幅频响应示意图
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可编程带通滤波器 系统中选用的可编程滤波器为 UO!% 。 UO!% 是通用的单片
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作者简介： 吴银琴， 硕士， 主要从事生物信号检测、 医疗仪器设计及嵌 入式系统方面的研究。
研究论著
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基于&’(" 的大范围心率检测系统的实现
吴银琴
（!" 中南民族大学电子信息学院 摘要 关键词 武汉市
胡
阳
武汉市
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在传统的心率检测硬件基础上， 引入了可编程滤波器技术， 实现了 ) 波滤波器的中心频率可调， 从而达到了使用
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7
小结 该心率检测
系统中， 由 于7波 滤波器采用可编 程滤波技术， 中 心频率允许根据被检测 对象不同而重新设定， 从 而 可 以 精 确 地 定 位7波 位 心 置， 得 到7波 检 出 脉 冲 ， 率计算也就更准确。实验 表明， 我们设计的心率检 测系统可以在宽范围内 实现不同对象的心率检 测， 成功地完成了对小白
/0123"
由上可知， 带通截 至 频 率 45、 4/是 与 品 质 因 子 6 和 中 心 频 率 40有关的，一旦外加电阻 7, 、 7’ 确定下来后， 45、 4/与 40成正比关 系。 对不同对象进行心电 7 波检测时， 40是输入时钟 489:的 " ; "(( ， 只 要 设 置 <="( 的 输 入 时 钟 频 率 为 实 验 对 象 7 波 主 频 的 "(( 倍 即可。
图: 整形电路框图
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图E
小白鼠心电及整形输 出的 D波检出脉冲
图)给 出 了 一 个7波 滤 波 实 例 图 ， 它 是 通 过 双 通 道 数 字 示波器获取的。其中， 输 入 波 形 通 道"是 被 测 人 的 心 电 信 号 （心 率 为 #) 次 ; 分 钟 ） ， 输 出 波 形 通 道 ’ 是 经 过 <="( 滤 波 后 的 滤波电路 波形， 可 以 看 出 7 波 是 能 被 准 确 地 检 测 出 来 。此 外 ， 的输出可能产 生了振铃 （滤 波 器的带宽较窄 引起） ，由于后 级整形电路采 用的是自动阈 值 电 路 ， 因 此， 不会对后级电
图7 输出波形 D波滤波器输入、
心率 鼠、 大白兔、 豚鼠、 狗、 人等不同实验对象的 7 波精确定位， 准确测量，实现了同一仪器能够可靠和准确地检测不同实 验 对象的心率。 参考文献
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朱萧玲 ! 陈绍洋 ! 熊利泽 ! 等 @ 养阴通脑颗粒对犬血压和心率影响的实 验研究 @ 心脏杂志 !’((,!")E’FI"")J""# 李淑娟 ! 宿英英 @ 脑功能损伤与心率变异性的研究 @ 中华神经科杂志 !
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图A
系统结构简图
构建 ) 波带通滤波器时，我们选用滤波模式 !/ ，如图 ’ 、 $ 示。通过置引脚 !’ 为低电平使得输入时钟频率 <7;W 与滤波器中 而品质因数 X 完全由外加电阻 )$ 、 心频率 <V的比值为 !%% ， )’ 的 比值决定， 即：
A
系统设计 心率检测的系统结构如图 ! 。其中， 心电检测模块用来 放
在对人或动物进行诸如药物试验、 刺激试验时， 心率是需
’E ， 要完成对不同检测对象的心率 要监测的一个基本生理参数 D!，
集成的双开关电容滤波器，它由内部的 NUVM 有源滤波器、 外 加时钟及数个电阻结合可以产生不同的二阶滤波器。二阶带 通滤波器的中心频率可以直接单独取决于时钟频率，也可以 同时取决于时钟频率及外加电阻的比值。具体的芯片资料可 以参阅参考文献 $ 。
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医疗卫生装备・ !""# 年第 !$ 卷第 % 期
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研究论著
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晶振， 采用定时器中断方式在 2"@# 引脚输出 "((D4wenku.baidu.com的 固 定 频 率 方波。若此时被检测对 象 是 人 ， 键 盘 输 入 "*@+/C 送 入 单 片 机 ， 计数结束产生定时器中断， 编程使 设 置 定 时 器"的 计 数 初 值 ， 2"@# 引脚产生 "*+(/C 的方波，该方波被送入 <="( 的 $5A>E489:F 引脚， 此时 7 波带通滤波器中心频率就为 "*@+/C。 实际测量的 45 为 ")@+/C、 带宽为 ’@’/C。 4/为 "+/C、
大电极检测的微弱心电信号；滤波电路可去除检测信号中的 它的中心 高频干扰和基线； 可 编 程 带 通 滤 波 器 实 现)波 提 取 ， 频率由 单 片 机 Q*GKNJ! 某 个 引 脚 的 输 出 脉 冲 频 率 决 定 ； 整 形 电路用来完成对 ) 波滤波后 波 形 的 整 形 ， 输 出 ) 波 检 出 脉 冲 ； 键 盘 用 来 输 入 被 检 测 对 象 的)波 主 频 ； 键 RST 用 来 显 示 心 率 ； 盘和 RST 是通过 HT&’&K 与单片机 Q*GKNJ! 实现通讯。 可见，与传统中心频率固定的 ) 波滤波器检测心率相比， 该 系 统 的 )波 滤 波 器 中 心 频 率 是 允 许 根 据 被 检 测 对 象 的 不 同 而重新设定， 因此， 可 以 更 精 确 地 测 定)波 位 置 ， 得到检出脉 冲， 从而准确地计算被检测对象的心率。
心率准确检测的目的。 一个心率检测系统就可以完成对不同种动物的 ) 波精确定位、
)波；心率；可编程滤波器
文献标识码： Q 文章编号： （’%%J ） !%%$?GGFG %K?%%’%?%’
中图分类号： *H&&’\"’
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整形电路 整形电路是对经过 7 波滤波器后的波形，实现全波整流、
如图 * 所示。 自动阈值电路及比较器， 从而得到 7 波检出脉冲 G.H， 由于后级整形电路采用的是自动阈值电路，它总是 检 测 第一个峰值最高的波， 所以， 前级的振铃不会影响最终输出。 图 # 为使用本电路检测的小白鼠 7 波检出脉冲，由键盘输入小 白鼠的 7 波主频 ?(/C，同样通过双通道数字示波器获取波形， 其中，心电信号为实验小白鼠的心电信号 （心率 为 ,?) 次 ; 分 可 见 只 要 有7 钟） ， 脉冲信号是整形电路 产 生 的 7 波 检 出 脉 冲 ， 波出现， 就会产生唯一的检出脉冲， 单片机对该脉冲波形进行 采样计算， 就可以得到被检测对象的心率。
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林家瑞 @ 集成电路及微机应用手册 @ 武汉 I 华中科技大学出版社 !’((" （’(()-(,-") 收稿）
路产生影响。
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《医学工程实践与探索》 一书系统论述了医学工程学科建设、 人才培养、 医疗设备及医用耗材的订购与 管理、 医学工程导入质量管理体系的必要性和可行性以及医疗设备维修过程中应注意的要点与 常 识 ! 介 绍 了医用大型成像设备、 常规诊疗设备、 监 护 设 备 及 机 电 设 备 的 维 护 维 修 实 例 !具 有 较 强 的 实 用 性 和 可 操 作 性。可作为医院管理人员、 医学工程学科管理人员和工程技术人员的参考用书， 也可以作为临床医护人员、 有关专业学生、 实习生、 进修生的参考用书。 该书共分为 "# 章。第一章， 医学工程学科发展与人才培养； 第二章， 医学工程学科建设与医疗仪器新 进展； 第三章， 质量管理体系与医学工程； 第四章， 医疗设备质量管理与计量； 第五章， 医疗设备及耗材的采 购与管理； 第六章， 医疗设备的使用维修要点与常识； 第七章， 医用耗材的供应与灭菌消毒； 第八章， 现代远 程医疗系统现状与发展趋势； 第九章， 第十章， 磁共振成像系统及外设； 第十一章， 核 $% 技 术 的 发 展 创 新 ； 第十三章， 医用直线加速器； 第十四章， 超声诊断仪 医学设备及新技术； 第十二章， 大型 & 线机使用与维护； 与生理仪器； 第十五章， 血液透析机与水处理； 第十六章 ， 几种诊断治疗设备检测、 调校与维修； 第十七章， 医用机电设备的安装维修与管理。 该书于 ’(() 年 * 月由云南科技出版社出版。采用国际标准大 "* 开， 压模封面， 精装本， 便于翻阅和保存， 定价 +( 元 （含挂号 邮寄费） 。 邮购地址： 天津市河东区万东路 "(* 号 《医疗卫生装备》 杂志社发行部 联系电话： （ 地） (’)"-)*+’) （ 军） 邮编： ,(("*" (’’-+.*)*+’)
准确检测， 首先要完成对不同检测对象的 ) 波准确提取。我们 已经知道不同种类动物的心电波形差异较大， 因此相对应的 ) 波主要频 率 （主 频 ） 成分相差较远， 如 人 的 主 频 约 为 !F"GHI、 狗 豚鼠的约为 #JHI、 小白鼠的约为 K%HI 等。由此可 的约为 $%HI、 就必须根据被检 见， 若 采 用 硬 件 来 实 现 心 电 信 号 的)波 提 取 ， 此时若采用传统中心频 测对象的不同设计相应的 ) 波滤波器， 率固定的 ) 波滤波器设计方案就显得繁琐和不便。为此， 我们 设计了一个能够实现多种动物心率检测的系统， 该系统的重要 中心频率 组成部分是一个能够宽范围检测 ) 波的带通滤波器， 可以在较宽的频率范围内进行调节， 从而实现 ) 波滤波器的中 心频率精确定位。实际电路设计中， 我们采用可编程开关电容 其 中 心 频 率 可 以 在 GP!’%HI 之 滤波器 LMNO( 来构造 ) 波滤波器， 间调节， 可覆盖较大的检测范围。
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可编程带通滤波器 系统中选用的可编程滤波器为 UO!% 。 UO!% 是通用的单片
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构建 ) 波带通滤波器时，我们选用滤波模式 !/ ，如图 ’ 、 $ 示。通过置引脚 !’ 为低电平使得输入时钟频率 <7;W 与滤波器中 而品质因数 X 完全由外加电阻 )$ 、 心频率 <V的比值为 !%% ， )’ 的 比值决定， 即：
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心率准确检测的目的。 一个心率检测系统就可以完成对不同种动物的 ) 波精确定位、
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整形电路 整形电路是对经过 7 波滤波器后的波形，实现全波整流、
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准确检测， 首先要完成对不同检测对象的 ) 波准确提取。我们 已经知道不同种类动物的心电波形差异较大， 因此相对应的 ) 波主要频 率 （主 频 ） 成分相差较远， 如 人 的 主 频 约 为 !F"GHI、 狗 豚鼠的约为 #JHI、 小白鼠的约为 K%HI 等。由此可 的约为 $%HI、 就必须根据被检 见， 若 采 用 硬 件 来 实 现 心 电 信 号 的)波 提 取 ， 此时若采用传统中心频 测对象的不同设计相应的 ) 波滤波器， 率固定的 ) 波滤波器设计方案就显得繁琐和不便。为此， 我们 设计了一个能够实现多种动物心率检测的系统， 该系统的重要 中心频率 组成部分是一个能够宽范围检测 ) 波的带通滤波器， 可以在较宽的频率范围内进行调节， 从而实现 ) 波滤波器的中 心频率精确定位。实际电路设计中， 我们采用可编程开关电容 其 中 心 频 率 可 以 在 GP!’%HI 之 滤波器 LMNO( 来构造 ) 波滤波器， 间调节， 可覆盖较大的检测范围。