便携式心电图仪的设计

　　一、系统方案选择和论证

　　1·心电信号放大部分

　　心电信号大约为20uV~4mV,必须进行放大才能送往示波器进行观察。受干扰信号的影响,放大器的增益过高易导致信号饱和,因而设计采用两级放大的方法。心电图(ECG)仪的前置放大器前置放大在整机中处于非常重要的地位,决定了整机的主要技术指标,要求噪声低、共模抑制比尽量可能高。

　　方案一:采用基本差动输入放大器(或同相放大器),对心电信号进行放大,这种方案需要采用过多的集成运放和分立器件,稳定性难以保障,考虑到阻抗噪声的干扰,基本放大的零点漂移大,不能抑制共模信号,且噪声较大。

　　方案二:采用低噪声、低功耗,有良好的共模输入抑制能力的仪表放大器INA2331, INA2331可单电源工作,也可以双电源工作,可用两个外部电阻灵活地设定增益,达到电压放大倍数200、500、1000的指标要求,简化了电路的设计,达到较好的效果。

　　基于上述方案的分析,选择方案二。

　　2·滤波器部分

　　由于心电信号易受噪声的干扰,且主要能量成分集中在0·05HZ~100HZ频带内,所以本系统用滤波的方法对心电信号作进一步的降噪处理,抑制外界干扰,从而得到较为平滑的ECG波形。

　　方案一:采用电阻、电容分立元器件组成有源滤波器,但要求足够高的阶数,才能取得较好的滤波效果,就需要过多分立元器件,增加了电子线路的复杂性,且调试困难不易实现。

　　方案二:采用多级滤波网络。经过放大的心电信号,主要存在肌电等干扰信号,将其送到由0·05HZ高通滤波器和500HZ/100HZ低通滤波器组成带通网络,滤除有效频带以外的肌电信号。经过此两极滤波电路组成的滤波网络后,得到较为光滑的心电信号波形。

　　综上所述:两种方案中我们选择方案二。

　　3·控制器部分

　　方案一:采用ATMEL公司的AT89S52作为系统控制器。价格低廉,使用简单,但系统设计要求对心电信号存储、回放,就要外围扩展A/D、D /A,硬件线路复杂。

　　方案二:采用TI公司的MSP430F2274作为系统控制器的方案。MSP430系列的单片机是目前工业界中具有最低功耗的16位具有强大的处理功能微控制器。MSP430F2274内部设有10位的ADC,可方便地实现心电信号的采集、处理、存储。将其作为系统的控制核心,可以简化整个硬件电路和提高系统的性价比。

　　基于上述方案的分析,选择方案二。

　　二、系统组成

　　经过上述方案的论证与选择,系统的总体设计框图如图1所示,整个系统可分为心电信号采集部分和信号处理部分。信号处理部分以MSP430F2274为处理器,扩展了液晶显示、按键。