动态瞬时心率抗干扰检测算法设计

　　0 引言

　　随着人们对人类自身各种生理信息研究的不断深入，人体的生物信号在自然学科、医学和实际生活中越来越受到重视. 心电信号作为心脏电活动在人体体表的表现，信号比较微弱，幅值范围0. 5 ～ 5 mV，带宽0. 05 ～ 100 Hz，所以极易受环境影响. 在采集的心电信号中，常常掺杂着各种干扰，这些来源于心脏以外的干扰信号会使心电信号在周期和形态上发生畸变，噪声严重时可以完全淹没心电信号[1]. 为了准确对心电信号进行测量，必须抑制这些干扰. 因此，本文将针对心电信号的特点，设计出能够降低动态瞬时心率干扰的检测设计方法.

　　1 硬件采样

　　1. 1 硬件系统组成

　　硬件系统如图1 所示，由心率传感器，测量电路，单片机组成. 心率传感器采集的人体心电信号，经过整形电路输入单片机. 通过单片机的软件编程实现去除干扰信号，测出心跳间隔时间. 单片机测出的心率数值再通过无线数传模块( 发射块) 发射出去，远端的无线数传模块( 接收块) 收到的心率数值传送到上位机( 电脑) ，实现心率显示.

　　1. 2 采样信号去除干扰

　　心电信号取自于人体，信号源内阻较高，存在着较强的背景噪声和干扰. 在检测人体生物电信号时，采用所谓的生物电测量电极，又称为引导电极来实现[2]，本设计中使用的传感器两侧也采用了这种心电电极，采集人体发出的心电信号. 电极片的材料可选用金属材料或导电硅胶等，与人体皮肤接触面积应大于3 cm2，以保证信号测量的准确性. 电极片引线带有屏蔽层，屏蔽层接地( GND) ，避免无线干扰被引入采样信号.

　　电源及设备由于脉冲电流跟电压具有很丰富的高频谐波，因此会产生很强的干扰. 干扰通过空间电磁波干扰的形式传播. 针对空间存在的电磁干扰，设计使用屏蔽线避免电磁干扰污染空间电磁环境，影响测试结果.

　　串口地线连接0 欧姆电阻，电阻相当于很窄的电流通路，能够有效地限制回路电流，使噪声得到抑制. 电阻在所有频带上都有衰减作用，能够达到抑制干扰的作用.

　　2 软件滤波

　　由于采用高频示波器观测到的干扰信号主要出现在上升沿，而下降沿信号相对比较准确. 为了保证信号的准确性，所以在软件编程时要对下降沿信号进行采集. 当信号处于下降沿时，即开启定时器，开始计数，之后采用延时程序，延时280 ms，跨过干扰信号( 即去除干扰信号) ，再次检测下降沿，处理数据，将数据存入存储单元，重新给寄存器赋初值，将存储单元数据清零，然后再次检测下降沿，依次循环，实时测量出心率值.