单片机实现三导联远程心电监护

用单片机实现三导联远程心电监护系统1 引言

随着人们生活水平的提高、生活节奏的加快，心血管疾病的发病率迅速上升，已成为威胁人类躯体健康的要紧因素之一。而心电图则是治疗此类疾病的要紧依据，具有诊断可靠，方法简便，对病人无损害的优点，在现代医学中，变得越来越重要。常规心电图是病人在静卧情况下由心电图仪记录的心电活动，历时仅为几s～1 m，只能猎取少量有关怀脏状态的信息，因此在有限时刻内即使发生心率失常，被发觉的概率也是专门低的。因此有必要通过相应的监护装置对患者进行长时刻的实时监护，记录患者的心电数据。又由于心脏病的发生具有突发性的特点，患者不可能长时刻地静卧在医院，但又需实时得到医护人员的监护，因此研发相应的便携式无线心电监护产品就显得更加重要。

目前虽讲国内已有成型的无线心电监护产品，但其采纳的方案大差不多上“采集器+发送器（PDA或手机）”，这必定导致其价格昂贵，

且PDA或手机的其他功能关于绝大部分患者完全没有必要，因此到目前为止国内有用的无线心电监护产品领域依旧空白。本文所述的远程心电监护系统是在医院的提案基础之上，进行充分调研之后设计的总体方案，要紧实现如下功能：三导联心电信号采集；无线传输紧急情况下40 s的心电数据及诊断结果；24小时心电图连续记录；通过高速USB上传心电数据至PC机；紧急呼叫。

2 系统总体设计

作为便携式手持远程移动终端，在设计时应充分考虑其体积小，功耗低，存储容量大和处理速度高的要求，因此在CPU的选择上十分慎重。通过资料收集和反复比较，最终选择了Samsung公司推出的基于ARM920T内核的S3C2410处理器，该处理器资料丰富，性价比高。采纳RISC架构的ARM微处理器一般具有如下特点：体积小，功耗低，成本低，性能高；支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集；大量使用寄存器，使指令执行速度更快；寻址方式灵活简单，执行效率高；指令长度固定。

能够看出基于ARM的嵌入式处理器是便携式手持终端的最佳选择，因此在设计系统方案时首先定位在该系列处理器上。S3C2410处理器基于ARM920T处理器核，采纳0.18 μm制造工艺的32位微操纵器，采纳五级流水线和哈佛结构，最高运行频率为203 MHz。该处

理器具有：独立的16 KB指令Cache和16KB数据Cache、MMU、支持TFT的LCD操纵器、NAND闪存操纵器、3路UART、4路带PWM的Timer、丰富的I/O口、8路10位ADC、Touch Screen接口、IICBUS接口，以及2个USB主机和1个USB设备等丰富的外围设备。

S3C2410提供了一套较完整的通用外围设备，且使整个系统的功耗最低，从而免去了添加、配置附加外围接口的苦恼，有效地缩小了线路板的面积，这也正是本系统选择该处理器的重要缘故。系统的整体结构如图1所示，以S3C2410为核心，外扩了8 MB的NOR FLASH、64 MB的NAND FLASH以及16 MB的SDRAM等存储芯片，通过GPIO口扩展了键盘、LCD和蜂鸣器等人机接口单元，对外提供USB和UART等通信接口，同时连接了Siemens公司的MC35模块，以实现无线传输和紧急呼叫功能。从系统的总体功能结构来看，可将系统划分为5个模块：电源模块、心电数据采集模块、数据无线传输模块、图形用户界面模块、数据存储治理模块。

图1 系统总体结构

2.1 电源模块

系统采纳单节1700 mAh锂离子可充电电池供电，但随着电量的释放，电压也在不断降低，变化范围为4.2~2.75 V。而本系统中分不需要一个4.3 V的MC35工作电压、一个3.3 V的I/O电压、一个1.8 V的CPU核电压和一个1.8 V的CPU职守电压。为了满足系统的要求，电源电路中必须同时具备升压稳压器和低压差线性稳压器。为了解决该问题系统采纳1个开关型升压DCDC稳压器、1个3.3 V 极低压差线性稳压器和2个带有Shutdown引脚的1.8 V低压差线性稳压器来组成供电系统，供电方案如图2所示。

图2 电源模块方案

2.2 心电数据采集

由于心电图信号的检测是属于强噪声背景下的超低频（0.5～100 Hz）微弱（0.1～5 mV）信号检测，具有微弱性、稳定性、低频特性和随机性等特点，故要求前置级应满足高输入阻抗、高共模抑制比（CMRR）、低噪声、低漂移和高安全性。微弱的心电信号受到来自人体内外的多种干扰，其特征被淹没在复杂的信号之中，为了使其特征突出，就有必要对其进行预处理。系统采纳的心电信号采集原理如图3所示。其中前置级采纳差动放大电路，其放大倍数为22.4倍；后级放大电路的放大倍数为37倍，则总放大倍数为828.8倍。