简单心电图仪设计论文

简易心电图仪

摘要：本系统主要以TI公司的低功耗msp430单片机为控制核心，由放大电路、右腿驱动电路、滤波网络、心电波形显示、存储与回放等模块组成。利用高精度仪表放大器INA128和精密放大器OP07级联的方式对两路心电信号放大。采用有源高低通滤波电路对心电信号进行综合处理。设计还采用了右腿驱动电路抑制干扰，提高了放大器的共模抑制比。单片机和液晶显示器实现了对心电波形的显示、存储与回放。最终达到各项指标的要求，实现了低功耗的特点。

关键字：示波器滤波网络右腿驱动OP07 NE5532

目录

一、绪论 (3)

（一）研究背景 (3)

（二）心电图仪的发展现状 (3)

（三）研究意义 (4)

二、总体设计 (4)

（一）便携式要求 (4)

（二）设计框图 (5)

三、硬件设计 (5)

（一）电极的选择 (5)

（二）导联方式的选择 (6)

（三）放大电路 (7)

（四）滤波网络 (8)

四、软件设计 (9)

（一）软件设计框图 (9)

（二）程序源代码 (11)

五、测试 (11)

（一）测试仪器 (11)

（二）系统测试 (11)

（三）测试结果 (12)

附录 (13)

附录一 (13)

附录二 (13)

一、绪论

(一)研究背景

有很多病情较轻或者处在康复期内的心脏病患者，在较长时期内都离不开心电监护系统；或者有些心脏病偶发患者需要长期、连续观察心电参数，以捕捉某一瞬间出现的症状；也有些偏远地区的医院遇到疑难病症，病人在较长时间内需要得到上级医院专家的观察。基于上述情况，开放一种便携的家用心电图仪，使得病人在家里可以观察并记录自己的心电信号，以备医生检查需求。

本设计介绍的就是一款体积小、重量轻、成本低、质量高、操作简单的便携式心电图仪。

(二)心电图仪的发展现状

20世纪80年代心电图仪的特点是小型化、记录时间长，回放系统使用了计算机，并能够准确计算心率、异位心搏和ST段改变，打印系统已经普遍配备激光打印机。

20世纪90年代后的心电图仪的特点是体积小、佩戴舒适、存储容量打、电波保真度搞等。

进入21世纪之后，心电图仪采用当今高速发展的无线网络，提高了系统报警及时性和全面性；采用数字信号处理器（DSP）以及ARM 作为处理核心，以强大的运算能力处理心电信号，省去大量模拟硬件电路；采用图形操作系统，为用户提供了友好界面，直观方便；存储器向着大容量发展，对于心电信号的存储显得游刃有余，为用户保存数据提供了方便；对低功耗的技术的深入，大大延长了系统的工作时

间；将其他生理参数监护集成与动态心电监护系统中，实现了一机两用甚至多用，为有特殊需求的患者提供全面的监护；分析系统的发展促进了动态心电监护系统的智能化，大大减少人工劳动。

经过50年的发展，动态心电监护仪的功能和性能早已今非昔比，并且朝着人性化的方向发展，已经成为临床上一种不可缺少的医用电子仪器，对医疗事业的发展有着重大的意义。

(三)研究意义

基于对心电图仪研究背景，可以看出便携式心电图仪的研究具有非常重要的意义。在我国，心血管疾病逐年上升的趋势随着人民生活水平的提高、肥胖人群的增加而呈现加速，加上人民的保健意识也逐渐增强，因此需要一种可家庭自用且具有功耗低、存储量大、可显示等特点的便携式心电图仪来满足市场需求。该便携式心电图仪的出现主要有以下几个意义：

1.普及心电监护仪在家庭中的使用，缓解医院有限资源的压力。

2.该仪器采用电池供电，并采用低功耗设计，可长时间工作，加

上便于携带满足现代人对生活的要求。总之，该便携式心电图

仪的成功研制将为我过的家庭保健做出相应的贡献。

二、总体设计

(一)便携式要求

1.电池供电

设计时应根据设备的使用环境，充分考虑电池供电的负载能力和连续工作时间。目前，可采用普通干电池供电，以利于随地采购。

2. 低功耗

由于采用电池供电，便携式设备的低功耗设计显得尤为重要。设计中应尽量采用低电压、低功耗器件，降低电路的电能耗，在电池电量固定的情况下增加仪器工作的时间，并根据不同的功能允许一些器件进入休眠（低功耗）状态，采取积极措施降低系统功耗。

3. 操作简单

具有良好的人机界面，易学易用。

(二) 根据设计要求以及设计思路得以下设计框图图1：

图1设计框图 三、硬件设计 (一) 电极的选择 电极的选择对信号的采用是非常重要的一个环节。有下列几个选择原则： 1. 灵敏度高； 导

联

选择

前置放大 后级放大

滤波网络 示波器 单片机 液晶显示 右腿驱动

2.电极失调电位低；

3.电极噪声低；

4.电极极化效应低；

为了达到上述要求，采用卤化银材料制作的电极达到的效果最好，市面上的电极通常都是采用该材料制作，其次选择舒适度较为良好的，让患者长时间佩戴不会产生不良反应。

(二)导联方式的选择

心电活动是心脏内部的电势连续变化而形成的，反映到人的整个躯体内，可以将其看成是一个随时间连续变化的空间矢量。在人体适当部位贴上电极，将这个变化记录下来，就形成了心电波形。在图2（a）中，心脏内部周期性的电荷计划作用在体内形成了如空心粗箭头所示的电极化矢量。这个矢量在空中划出了一个如图3（b）中用粗黑虚线所示的轨迹。三根长长的实线箭头组成了一个倒置的等边三角形，三个顶点代表在人体的两个手臂和一条腿上安防的电极，每一个边在代表三个不同的坐标轴。而心电矢量在这些轴上的投影随时间不停的变换。

(a)（b）

图2 三维心电矢量在三条坐标轴上的投影