ECG系统说明书

ECG说明书
一． ECG 系统概述
ECG系统是提供在嵌入式系统下采集心电信号数据的专用系统。

ECG系统将信号发生器感应的数据通过导联线传递到系统中，因此整个 ECG系统会被集成一个整体。

二． ECG 系统整体框架
信心ECG
号导联线电
2440主板串口系
发采统
生集软
器模件
块
三． ECG 系统详细介绍
1.信号发生器
本信号发生器产生的波形是正常的心电波形，信号发生器上有四个按键依次是选择键，
增加键，减少键，确认键；信号发生器上电后自动产生波形 1 的正常心电波形。

信号发生器
上的 LED显示管若是在 5 秒内没有操作按键时会自动关闭显示节省电源，按任意按键则触发再次显示。

信号发生器上有四个按键，依次是选择键，增加键，减少键，确认键。

其中选择
键是用来选择要改变的参数，共有 4 个 LED管来显示 4 个代码，分别代表显示的内容， 1 代表波形代码， 2-4 代表要更改的参数（ 2 是数值的百位， 3 代表十位， 4 代表个位） LED管右下脚的亮点，表示现在选择的内容；可以进行更改。

增加键是当使用选择键选择好更改内容
后，使用此键进行参数更改。

减小键是当使用选择键选择好更改内容后，使用此键进行参数更改。

确认键是当参数更改完毕后，此键确认后将确认参数的更改，并产生相应的波形。

信
号发生器如下图所示 :
2.导联线
导联线是用来将信号发生器产生的数据传送到主板上，由于心电噪声背景比较强, 测量条件比较复杂，因此选择导联线的精度要求较高。

导联线如下图所示:
3.心电采集模块
采样模块是专门为采样心电图而设计的，它有八个差分信号输入通道，由于模拟输入端
具有高达 100M的输入阻抗，所以它可以直接连接高阻信号源，模块以串行方式输出采
样的数据。

具体实际参数设置可参见附录。

4.ECG 系统软件
4.1 硬件环境
运行环境 : 2440开发板(接入电源是12 伏 )
运行操作系统 : wince5.0
存储位置 : 2G SD卡
4.2 软件编程环境
Visual Studio 2008专业版
4.3 软件编程语言
VC++
4.4 ECG 系统软件简单介绍
其中”Type”下拉列表中是有12 组心电图的波形对应的名称，分别是I,II,III,avR,avL,avF,V1,V2,V3,V4,V5,V6,您在测量显示波形时必须要选择您想
看到的波形的名称。

” Mode”下拉列表中显示了心电图在 Wilson 这个模式下对应的波形，您也必须要选
择该模式，否则系统会跳出提示框提醒您进行选择。

” Start ”按钮则是开始进行心电图的数据采集以及波形图显示。

”
Stop ”按钮则是停止数据采集和波形图的显示。

4.5 ECG 系统软件说明
ECG系统软件提供了在2440 开发板能够进行心电图数据采集，波形图显示数据的一种通道。

用户可以参考，使用该系统可以进行二次开发。

附录
心电采集模块手册
一．模块简介
AIKD812-256 心电图采样模块是专
顶面
门为采样心电图而设计的产品，它有八
个差分信号输入通道，由于模拟输入端
具有高达 100M 的输入阻抗， 所以它可以
直接连接高阻信号源，模块以串行方式
)
0 0
5 1 输出采样的数据。

他是使用精密运算放
( 1
8
.
大器、 24 位模数转换器和高速处理器， 3
AD812-256
配合有效的数字滤波器算法，使得本产
品非常容易在强噪声背景、高输出阻抗 长沙爱康电子有限公司
环境下获取微小的心电图信号。

且整个 电路被封装在 1.5 × 1.5 × 0.381 英寸的
模块内。

3.81(1500)
正面
二．性能
同步 12 导联采样
)
0 9 3
(
1
9 .
9
单 5V 电源供电
信号地： 浮地，等效于右腿启动之直
流电平
2.54(100)
2.54(100)
模拟通道： 8 通道
侧面
)
7
5
1 模拟输入：差分输入
(
. 共模驱动：提取共模信号，反向 4
驱动
高共模抑制比： 110dB （典型值）
单位： mm/mil
高输入阻抗： 100 2.54(100)
M Ω （典型值）
低等效输入噪声： 15uV （最大值） 采样频率： 2400 点 / 通道 数据输出： 500 点/ 通道或 1000
点 / 通道
输出数据： 12 位
差分输入范围：± 8mV 输出方式：串行接口，
8 位数据位， 1 为停止
位，非校验
内置数字滤波：
工频滤波器：关闭或陷波频率 50、 60Hz 可选
高通滤波器：时间常数 0.3 、0.5 、 0.8 、1.6 、3.3s 可 选
低通滤波器： 截止频率 26、36、45、54、60、77、150Hz 可选
三．应用
心电图机 / 工作站
脑电图机 / 工作站
高阻的小信号的直接采样（例如：其它生物体信号）
四 .引脚定义
引脚的顺序跟普通的 IC 类似，顶面的点状标志对应下方的引脚为 1 号引脚。

引脚名称含义引脚名称含义
1XRF右腿驱动15+5V电源，必须是 +5V
2SH导联线屏蔽驱动16+5V电源，必须是 +5V
3XC6连接 C6 电极（胸电极）17DGND数字地
4XC1连接 C1 电极（胸电极）18RXD串口接收端
5XC5连接 C5 电极（胸电极）19TXD串口发送端
6XLF连接 LF 电极（左腿）20NC必须悬空，不做任何连接
7XC4连接 C4 电极（胸电极）21NC必须悬空，不做任何连接
8XLA连接 LA 电极（左手）22SEL必须接10K 电阻上拉到电源
9XC3连接 C3 电极（胸电极）23NC必须悬空，不做任何连接
10XC2连接 C2 电极（胸电极）24NC必须悬空，不做任何连接
11XRA连接 RA电极（右手）25NC必须悬空，不做任何连接
12SH导联线屏蔽驱动26NC必须悬空，不做任何连接
13AGND模拟地27NC必须悬空，不做任何连接
14AGND模拟地28NC必须悬空，不做任何连接
五 .参数
心电图采样模块的供电应该在下表范围内，否则可能引起永久性损坏。

除非另外说明，
下列参数的测试条件为：常温、+5V 供电、屏蔽驱动和右腿驱动均使用。

参数条件最小典型最大单位模拟通道8
采样频率每个通道2400Dot 数据输出速率每个通道、不同导联体系500/1000Dot 数据输出位数每个通道12Bit 模拟输入范围每个通道-8+8mV 频带宽度每个通道150Hz
输入阻抗DC100MΩ共模抑制比110dB 输入噪声15uV
工频滤波器凹口
凹口频率 50（缺省）、 60 可选-20dB 频率增益
时间常数
低频滤波器
0.3 、 0.5 、0.8 、 1.6 、 3.3 （缺省）可选
截止频率
高频滤波器26、 36、 45、 54、 60、 77、 150（缺省）
可选
电源电压 4.85 5 5.15V
电源电流57mA
工频数字滤波器在50Hz和高频数字滤波器滤波器在截止频率45Hz下的模拟结果如下图所示，低频滤波器的测试方法符合GB1139的要求，在此不重复叙述。

50Hz下的工频数字滤波器ft=45Hz时候的高频数字滤波器滤波器
可以看出：工频数字滤波器在凹口频率点的衰减接近∞，在强工频干扰下，对噪声信号有很好的抑制作用，下图说明了实际心电图的滤波效果，其中上图为带有工频干扰的心电图波形，下图为滤波后的波形。

六 .接口电路
心电图采样模块的输入端可以直接接人体，但是心电图机标准要求心电图机能防除颤，
所以在模块输入端应该加放电元件，避免除颤信号损坏心电图机。

心电图采样模块以UART串行方式输出数据， 3.3V的 TTL 电平输出，数据格式为8 位数据位， 1 为停止位，非校验，采用115200 的波特率。

物理上，心电图采样模块可以和处理器直接对接以采样心电图信号，但是心电图机标准有安全要求，需要在供电和数据链路上进行电气隔离。

在UART接口上的隔离是一种最方便廉价的方式。

如下图所示。

10K
5V DCDC电源
75V
导
联
线
模块
电脑10K UART
光耦
或处理器
75V
10K安全隔离带
共模驱动
75V
图 1：模块连接示意图
七 .命令描述
主机向心电模块的命令共20 字节，不需要的附加字节用填充0。

AIKD（ 0x41， 0x49 ，0x4b， 0x44）＋命令（ 1）＋附加字节（ 14）＋校验和（ 1）（0）（1）（2）（3）（ 4）（ 5－ 18）（ 19）
命令分类命令字节命令描述
波形数据传输命令第一附加字节决定传输开关0＝停止送数（上电缺省）
（送数命令发出后，模块开始0X15
1＝按照 Wilson 导联体系开始送数连续送数据）
2＝按照 Frank 导联体系开始送数
第一附加字节：工频滤波
0＝关， 12＝50Hz， 10＝ 60Hz，缺省＝ 12
滤波器控制
0X25第二附加字节：基漂滤波
（控制方法见下面说明）0＝3.3s ，时间常数控制，缺省＝ 1
第三附加字节：肌电滤波
0＝150Hz，截至频率控制，缺省＝ 0
起搏检测导联
0X26第一附加字节：导联编号
（对带起搏检测的模块有效）0－7 表示 II 、 III 、 C1－ C6 导联
复位命令
0X35不使用附加字节
（此命令让波形快速复位）
握手命令
0X45不使用附加字节
（用此命令识别模块）模块应答15 字节
注意：校验和不对的命令将被忽略。

八 .滤波器控制
对应“命令描述”中的附加字节，对滤波器的控制采用如下方法：
数字滤波器控制方法缺省
第一附加字节01210工频滤波器
关闭50Hz 12
凹口频率（ Hz）60Hz
第二附加字节124610低频滤波器
3.3 1.60.80.51
时间常数（ s）0.3
第三附加字节0791*******高频滤波器
15077605445360
截止频率（ Hz）26
九 .数据格式
当发出波形数据传输命令后，模块连续上传采样的数据，每2ms发送一个数据包，每
包 16 字节。

如果模块采用Wilson 体系送数，数据包内包括II 、III、V1-V6导联的数据，由上位
机计算 I 、avR、 avL 和 avF 的数据，计算方法见后面的说明。

如果模块采用Frank 导联体系送数，数据包内包括前后两个点的X、Y、Z 波形值， X1、Y1、 Z1 在前， X2、 Y2、 Z2 在后，因此在此方式下，采样点是1000dot/s
下表叙述了数据包的组成和含义。

心电模块向主机的数据帧由16 个字节组成（Wilson 导联）
高 2 位低 6 位第0字节1SEL II高字节
第1字节0D1II 低字节
第2字节0D2III高字节
第3字节0D3III低字节
第4字节0D4C1 高字节
第5字节0D5C1 低字节
第6字节0D6C2 高字节
第7字节0D7C2 低字节
第8字节0D8C3 高字节
第9字节0D9C3 低字节
第 10字节0D10C4 高字节
第 11字节0D11C4 低字节
第 12字节0D12C5 高字节
第 13字节0D13C5 低字节
第 14字节0D14C6 高字节
第 15字节0D15C6 低字节
心电模块向主机的数据帧由16 个字节组成（Frank 导联）
高 2 位低 6 位第 0字节1SEL X1 高字节
第 1字节0D1X1 低字节
第 2字节0D2Y1 高字节
第 3字节0D3Y1 低字节
第 4字节0D4Z1 高字节
第 5字节0D5Z1 低字节
第 6字节0D6X2 高字节
第 7字节0D7X2 低字节
第 8字节0D8Y2 高字节
第 9字节0D9Y2 低字节
第 10字节0D10Z2 高字节
第 11字节0D11Z2 低字节
第 12字节0D120
第 13字节0D130
第 14字节0D140
第 15字节0D150
状态位的定义：（ SEL 决定了其它位的定义）
数据位SEL=0数据位表示的内容SEL=1数据位表示的内容
D1RA(0＝正常， 1＝脱落）工频滤波器 [D2 ⋯ D1]
D2LA(0＝正常， 1＝脱落）0＝关闭， 1＝ 50Hz，2＝ 60Hz
D3RF(0＝正常， 1＝脱落）基漂滤波器 [D5 ⋯ D3]
D4LF(0＝正常， 1＝脱落）01234
D5C1(0 ＝正常， 1＝脱落） 3.3 1.60.80.50.3 (秒 )
D6C2(0 ＝正常， 1＝脱落）肌电滤波器 [D8 ⋯ D6]
D7C3(0 ＝正常， 1＝脱落）0123456
D8C4(0 ＝正常， 1＝脱落）关263645546077 (Hz) D9C5(0 ＝正常， 1＝脱落）起搏检测导联 [D11 ⋯ D9]
D10C6(0 ＝正常， 1＝脱落）01234567 D11导联体系(0=Wilson ， 1=Frank)II III V1V2V3V4V5V6 D12基线复位(0= 正常， 1=复位 )备用
D13起搏信号(0= 无起搏， 1=有起搏 )备用
D14备用备用
D15备用备用
Wilson 导联体系下其它导联的计算方法
I =II-III
II= 数据包中的 II 导联值 - 2048
III = 数据包中的 III 导联值 - 2048 avR =
III/2 - II
avL = II/2 - III
avF = (II+III)/2
V1=数据包中的C1导联值 - 2048
V2=数据包中的C2导联值 - 2048
V3=数据包中的C3导联值 - 2048
V4=数据包中的C4导联值 - 2048
V5=数据包中的C5导联值 - 2048
V6=数据包中的C6导联值 - 2048
十 .注意事项
1、屏蔽
心电图采样模块的输入阻抗很高，容易受到噪声的干扰，因此应该把输入回路尽可能屏
蔽，包括模块外面裸露的小信号部分，否则噪声将窜入信号输入模块，使得波形带有较多的噪声。

屏蔽层接模块提供的屏蔽驱动信号，这样可以得到最佳效果。

2、电源
心电图采样模块内含精密放大器和高精度AD变换器，虽然在电路设计的时候，考虑了
对电源的滤波，并且采用对电源噪声不敏感的电路结构，可对电源仍然有较高的要求，请注意以下几点：
电源应该有足够的驱动能力，并且有尽可能小的纹波
根据电源噪声的特点，选择适合的电源滤波器，例如使用电源的有高频器件，应该使用
高频磁珠，有大电流器件时，应该使用较大的滤波电容或有源滤波电路等
3、关于除颤
建议防除颤电阻置于模块附近，采用 10K 电阻，电阻的功率至少1W，不主张使用在导联
线上集成该电阻，这时放电管放电电压取75V，并且应该有相关的安全认证。

该部分也属于应该屏蔽的区域。

4、关于隔离
与电网良好的隔离，不仅是安全的需要，对于噪声的抑制也很有好处，因此必须认真考
虑。

隔离的效果依赖隔离器件和电路板的工艺，最终让电解质强度和漏电流满足GB9706 的安全要求，这时模块会处于良好“浮地”工作状态，可以得到光滑的心电图。

电源隔离采用高隔离电压的 DCDC，至少应该是 4000V，信道隔离一般采用高速数字光耦，
例如 HCNW136，也可以采用类似 AD公司的 AduM系列隔离器件，这些器件都有相关的安全认证。