基于自动增益放大的便携式心电监护仪设计

２ ． １ ． １ 前 置放 大及 右腿驱 动 电路 前 置 放大 电路在 心 电检测硬 件 系统 中起关键 作用 ， 决 定 整机 主 要技 术 指标 ， 需 满 足 高输 入 阻 抗 、 高 共
模抑 制 比 、 低噪 声 和低 漂移 的要 求 ］ ．
东
北
石
油
大
学
学
报
第 ３ ７ 卷
Ｖｏ １ ．３ ７
第 ３期
Ｎｏ ．３
２ ０ １ ３年 ６月
Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ３
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＮＯＲＴＨＥＡＳ Ｔ ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ ＵＮＩ ＶＥＲＳ Ｉ ＴＹ
基 于 自动 增 益 放 大 的 便 携 式 心 电监 护 仪 设 计
凌 振 宝 ，黄 越 ，李 肃 义
（吉 林 大 学 仪 器 科 学 与 电气 工 程 学 院 ， 吉林 长春 １ ３ ０ ０ ２ ６）
摘
要： 针对心电监护仪监测运动状态时易出现心电信号饱 和现象 ， 改 进系统硬 件电路 ， 设 计 一 种 基 于 自动 增 益 放
大的便携式心电监护仪 ， 选择合适前置放大及右腿驱动电路放大 源信号 ， 利 用 高 通 和低 通 滤 波 电 路 过 滤 信 号 噪 声 ； 加 入 以 ＡＤ６ ０ ３芯 片 为 核 心 的 自动 增 益 控 制 电 路 ， 通过调整放大倍数 ， 自动 调节 采 集心 电信 号 幅值 ， 避 免 出现 饱 和 现 象 ． 实 验 结 果表明 ， 系 统 能 够 自动 识 别 运 动 中 的 心 电 信 号 ， 并且失真度较小 ， 能 够 为 监 测早 期 冠 心 病 等 心 脏 系 统 疾 病 提 供 准 确 结 论 ． 关 键 词： 心 电 监 测 ；自动 增 益 ；便 携 式 ；控 制 电 路 ；信 号 ；饱 和
１ 系统 构 成 与功 能
基 于 自动增 益放 大 的便携 式 心 电监 护 仪硬 件 系统 结构 包括 ： （ １ ） 心 电信 号 采集 处 理模 块 ， 由前 置 放 大 及右 腿 驱动 电路 、 滤 波 电路和后 级 放大 电路 组成 ， 主要 功能 为对 心 电信 号 进 行采 集 和 放 大滤 波 处 理 ， 消 除 源信 号 中的干扰 ， 形成 可 利用 的心 电信 号． 后级 放大 电路 中设计 有 自动增 益 控制 电路 ， 可 实 现 自动 调 节增 益、 防止 因信 号 突变产 生 的信号 饱 和现 象． （ ２ ） 单 片 机控 制 模块 ， 由 Ａ／ Ｄ转 换 电路 和 ５ １ 单 片机 组成 ， 功能 为将 处理 后 的 心 电信 号进 行 Ａ／ Ｄ转 换并 储 存 ， 然 后 通过 串 口传 给 Ｐ Ｃ机 ． （ ３ ） 电源管 理 及充 电模 块 ， 包 括 锂 电池充 电电路及 电源 电压转换 电路 ， 系统 的工 作 电源 采用 锂 电池 供 电 ， 并 带有 充 电 功 能 ， 以保 证 电池 的
续航． （ 见图 １ ） ．
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３—０ ３— ０ ６； 编辑： 张兆 虹 基金项 目： 吉林省科技厅重点项 目（ ２ ０ １ ０wk.baidu.com０ ３ ５ ０ ）
作者简介 ： 凌振宝 （ １ ９ ６ ６ 一） ， 男， 硕士 ， 教授 ， 主要 从 事 传 感 器 技 术 应 用 方 面 的研 究
电路 ， 控制 放大 倍数 ， 改 变输 出幅度 ， 抑制 信号 饱 和现 象 ， 实现 运 动状 态下 心 电信 号监 测 ． 该 系 统不 影 响 被 监 测者 日常生 活ｌ ＿ ７ ］ ， 同时 监测 心脏 是否 出现 异 常 ， 可 提前 发 现心 脏 疾 病 隐患 ， 为早 期冠 心病 和其 他 心 脏 疾 病 的监 测提 供依 据 ＿ ８ ］ ．
文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ２ ０ ９ ５ —４ １ ０ ７ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３—０ １ ０ ５ —０ ７
中图分类号 ： ＴＨ７ ８ ９
０ 引 言
心脏 疾病 具 有偶 然性 和 突发性 ｌ ＿ 】 ］ ， 早 期 冠心病 患 者经 常 出现心脏 异 常现象 ． 心 脏疾 病主 要采用 心 电监 测技 术协 助诊 断 并预 防． 心 电信号 是心 脏在 每个 心动 周 期 中 ， 由起 搏 点 、 心 房 和 心 室等 相 继兴 奋 所 伴 随 的 生 物 电变化 ， 是 带宽 为 ０ ． ０ ５ Ｈｚ 至１ ０ ０ ． ０ ０ Ｈｚ的微弱 电信 号 ， 其 中混有人 体 生物 电及其 他外 部 电磁环 境等 干扰 ＿ ２ ］ ． 从 环境 干 扰噪声 中提取 微弱 的心 电信 号是 心 电监 测 系统 设 计 的关 键 ． 心 电监测 技 术 较 为成 熟 ， 如 清华 大学 已经 研 制具有 报 警功 能和 长 时间心 电信 号记 录 的家庭 心 电血 压 监 护 系统 ， 山东 大学 医院 建立 心 脏远 程监 护 中心ｌ ３ ］ ． 在运 动状 态下 监 测心 电信 号过 程 中 ， 由于被监 测者 的 呼吸 、 行动 ， 以及 仪器 电极 接触 点 的松 紧等 原 因产生 各种 干扰 ］ ， 导 致 采集 的心 电信 号饱 和 ， 影 响 信号稳 定性 ， 给诊 断 带来很 大难 度 ］ ． 解 决 方 法 主要 依靠 人工 识别 ， 难 以获 得准 确可 靠 的诊 断结 论 ］ ． 针对 动态 心 电监护 仪心 电监 测信 号放 大 饱和 问题 ， 在 心 电监 护 系统 的 硬件 电路 中 加入 自动增 益 控 制
东
北
石
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学
学
报
第 ３ ７卷
２ ０ １ ３年
导联电路
图 １ 系统 总体 设 计 框 图
Ｆｉ ｇ． １ Ｔｈ ｅ ｗ ｈｏ ｌ ｅ ｓ ｙｓ ｔ ｅ ｍ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕｒ ｅ ｄｉ ａ ｇｒ ａ ｍ
２ 硬 件 设 计
２ ． １ 心 电 信 号 采 集 处 理 模 块