基于DSP的便携式心电监护系统设计

　　引言

　　随着人们生活水平的提高和社会人口老龄化的加剧,心血管疾病的发病率在不断上升,人们对健康的重视程度也日益增加 。心电图是诊断该类疾病的重要手段之一。传统的心电图机和心电监护仪体积大,价格昂贵主要是集中于医院和疾病监测中心,无法满足患者在家庭或车内随时随地测量和监护的需求。而目前以Holter为代表的便携式心电图机,一般只具备心电数据的采集和存储功能,而数据分析和处理需依赖于后端以PC为核心的处理系统,因此给疾病的诊断带来一定的滞后性。随着微电子技术和信号处理技术的飞速发展,如何设计一种能够在家庭中使用,操作简单,价格便宜的低功耗便携式心电监护系统已成为一个热点。数字信号处理器(DSP)是高性能处理芯片,其硬件结构以数字信号处理算法特点而设计,目前已广泛用于雷达、语音、通信、图像处理、生物医学仪器等方面。本文设计并介绍了以TI公司生产的TMS320VC5509为核心的便携式心电监护系统。该系统操作简单,成本和功耗低,具有自动分析和报警功能,既可以作为一个独立的心电监护系统并将数据保存于SD卡,也可以通过USB接口与上位机通讯。

　　1系统的硬件模块设计

　　1.1系统的总体结构与功能

　　心电信号是心脏电活动在人体体表的表现,信号一般比较微弱,幅度为10uV~4mV级,频率为0.04~100 Hz。而且通常还叠加了其他生物电信号、工频干扰、电路自身干扰、环境电磁场干扰等等各种噪声。这些因素都影响了对心电信号的检测,心电信号特征和参数的识别,给整个监护系统的设计带来了一定的困难。

　　本文介绍的便携式心电监护系统的硬件可以分为模拟和数字两个部分(如图1),模拟部分首先由心电电极获取微弱的心电信号,经以AD620为核心的前置放大电路后,再进行滤波和放大处理,最后经模数转换后进入数字部分。数 字 部 分以TMS320VC5509处理器为核心,包含了AD转换、存储器、LCD显示、蜂鸣器报警和 USB 通信等模块。实现对心电信号进行采集、数字滤波、心电特征提取、心电图形和参数显示以及报警等功能。本文主要介绍以 DSP 为核心的数字部分的各个功能模块。图1为系统结构框图。

　　1.2 DSP芯片选择本系统选用

　　TMS320VC5509作为系统的CPU。DSP器件是专为数字信号处理设计的高性能处理器,在通讯、语音、图像处理、医疗等诸多领域已经得到了广泛的应用。本系统选择了TI公司的TMS320VC5509作为系统的核心CPU器件。该芯片是一款高性能、低功耗、高性价比的定点 DSP 芯片, 能满足心电监护系统实时快速处理与方便携带的设计需求。另外芯片内部集成ADC、USB等丰富的接口资源,给系统开发带来极大方便的同时也大大节约了开发成本。