便携式心电监护系统设计

‘ … ・ 驽 … … ｒ … — ｝ ｒ ＿ 一 惹霉 舞 嘻 ； 釜 毫 睁 圩 ｛ 竞
图 ３前置放大电路设计
秒， 波的幅值变化大 ， 这使得采样频率不能太低。１ ２ ８ Ｘ ６ ４图形液晶屏显
示一个完整的心 电信号 （ １ ２ ４个采样数据 ） ，采样频率又不能太高。综合 考虑采样频率为 ２ ０ ０ Ｈ ｚ 比较好 。 这样 ， 采样间隔为
提高共模 抑制 比
；
＝
、
鬈
～
？ 愚
… ＇＇
一
图 ５主放大电路测试效果 图 （ 四） ｓ Ｄ卡接 口电路
数据存储是便携式心 电图仪的基本要求之一 ，由于一些疾病在短时
间内很 难被发现 ， 需 要长时间观察 ， 需要把数据提交给专业 医疗机构 ， 这就需要大容量存储设备来存储心电数据。 本设计采用 ｓ Ｄ卡作为存储设
四、系统 电路设计
（ 一） 输入保护 电路设计 输人保护 电路如图 ２所示 ，南两个保护二极管 、两个极性电容和一 个放大器组成 。 一组背靠背的二极管 Ｄ １ 、 Ｄ ２ 组成双向限幅器， 该级输入 的心 电信号幅度在几毫伏左右 ，因此心 电信号可以不受影响地通过 ；而 当大幅度干扰进入时将受到二极管的限幅，限幅电平为 ± ０ ． ７ Ｖ 。积分电 容ｃ １ 、ｃ ２ 对干扰脉 冲进行积分 ，使干扰进入时的基线波动变得平缓了。 由０ Ｐ Ａ ２ ６ ０ ４ 构成的电压跟随缓冲级 ，在系统 中起隔离作用。设置缓冲放 大 电路是为了提高放大器的输入 阻抗 、降低输人噪声 、稳定输入信号和
０ ．０ ０ ５秒 ，一屏可显示 ０ ．０ ０ ５ ｘ１ ２ ４＝ ０ ．６ ２秒 。
一
（ 三 ）主 放 大 电路 设 计
在前置放大电路 中， 本文将心电信号放大 了约 １ Ｏ倍 ， 对于 １ ０ ０ ０倍 的放大要求 ，主放大电路需将其放大 １ ０ ０倍左右 求 。主放大电路 由一片运放 和两个电阻组成 的同向放大电路构成 ，其电 路图如图 ３ － ６ 所示。若取 ，其放大倍数为
个人的心率若按 ７ ５ Ｈ ｚ 分计 ，则其心电周期为 ６ Ｏ ／ ７ ５ ＝ ０ ．８ ０秒 。心电信号幅度在几毫伏 ，因此需
要把信号进行调理放大上千倍 。
三、系统 总体设计
由于心电信号很微弱 ， 首先通过带缓冲器 的输 入 保护 电路获得 电极传来的心 电冈信号 ，然后放 大 ，通过带通滤波滤掉干扰信号 ， 再通过 ５ ０ Ｈ ｚ的 陷波器滤除交流电源干扰信号后经过 Ｌ Ｍ ３ Ｓ ８ １ １在 定时器工作下进行 Ａ Ｄ采样送到 Ｌ Ｃ Ｄ上显示并存储 到ｓ Ｄ卡。系统总体结构框 图如图 １ ： 图 ４主放大电路 图５ 所示为用 Ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ ｓ ｉ ｍ１ ０ 仿真的效果图。 Ａ通道为输入信号 ， Ｂ 通道 图 １系统总体结构 为经过主放大以后 的输出信号 。 图中红色标尺处 （ ７ ． ７ ２ １ ｍ ｓ ） ， Ａ通道信号 幅值为 １ ． ０ ７ １ ｍ Ｖ， Ｂ 通道信号 幅值为 １ ０ ７ ． ５ ７ ６ ｍ Ｖ ； 蓝色标 尺处 （ ８ ５ ． ３ １ Ｉ ｍ ｓ ） ， Ａ通道信号幅值为一 １ ． ４ ３ ５ ｍ Ｖ ，Ｂ通道信号幅值为一 １ ４ ２ ． ５ ２ ７ ｍ Ｖ 。信号经主 放大后放大 了 １ ０ ０ 倍左右。
ｒ …
兰 连鼹 妻
：
Fra Baidu bibliotek
≮
…
一｝ 一 ～ ～ … … ■ 一 ？ ｝
一
物 电变化 曲线即为临床 常规心电图 （ Ｅ Ｃ Ｇ ｏ心电信号有效频谱为 ５ ０ Ｈ ｚ
以下 ， 其中Ｑ Ｒ Ｓ 波群的时间为成人 ０ ．０ ６ ～ ０ ．１ 秒 ；儿童 ０ ．０ ４ ～ ０ ．０ ８
便携式心电监护系统设计
王清清
湖州师范学院信息与工程学院
浙江
湖州 ３ １ ３ ０ ０ ０
【 摘 要】采用基 于 Ａ Ｒ Ｍ ７ 内核 的 Ｌ Ｍ ３ Ｓ ８ １ １ 处理 器为核心设计 了便携式・ 心电监护系统。通 过输入保护 电路 、前置放 大电路 、带通滤波电路 、５ ０ Ｈ ｚ 限 波电路 、主放 大电路 ，主要 实现对心 电信号 的前级采集和调理；通过 Ｌ Ｍ ３ Ｓ ８ １ １控制 Ａ ／ Ｄ转换 、ｓ卡 Ｄ数据扩展存 储、Ｌ Ｃ Ｄ显示 ，实现对心 电信号的 模数转换 、存储 、显 示和传输 。
【 关键 词】心电信 号 便携 式 监护 中图分 类号：Ｔ Ｐ ３ ９文献标识码 ：Ｂ 文章编 号：１ ０ ０ ９ － ４ ０ ６ ７ （ ２ ０ １ ３ ） １ １ ． ９ ６ — ０ ２
一
、
引 言
采用仪表放大 Ａ Ｄ ６ ２ ０ 进行前置放大 ， 放大倍数为 ｌ Ｏ 倍左右， 同时采
用双运放 Ｏ Ｐ Ａ ２ ６ ０ ４（ ｕ ３ ） 进行有腿驱动电路设计 ，Ｏ Ｐ Ａ ２ ６ ０ ４ 的第二个放
倒相放大后用于激励人体右腿 （ 接人 Ｒ Ｌ ） ， 从而降低甚至抵消共模 电压 ， 以达到较强抑制 ５ ０ Ｈ ｚ 工频干扰之 目的。
ｑ …
人们的健康维护提供一种便利的手段 。
二 、 心 电信 号 分 析
心脏是循环系统中重要的器官 ，南大量心肌细胞组成 。心肌细胞 除 极和复极 的电生理现象是心脏运动的基础。这种除极～复极的周期性规 律 ，形成心电周期 。每个心电周期 内使身体各部位也都发生有规律 的电 变化 。将测量电极放置在人体表面的一定部位 ， 记 录出来的心肌细胞生
心电图是心脏疾病诊断的重要手段。常规心电图需要到医院去检查 ，
而心脏病发作带有很大 的偶然性和突发性 ，便携式心 电监护系统可 以带
身边随时监控 ， 并显示心 电网形 ， 还可以 南ｓ Ｄ卡记录下来 ， 提供给医生
进行诊断分析 ，人们还可以通过便携式心电监护系统实现 自我检测 ，为
大器与电阻 Ｒ ６ 、Ｒ ７和 电容 Ｃ １ ９ 构成右腿驱动 电路 ，可将人体共模信号