一种新型心电信号采集及分析系统

　　1　引　　言

　　心脏病是一种发病率很高的疾病之一。其发病具有很大的偶然性和突发性。及时准确地发现心脏疾病,进行正确的治疗急救,对于保证人类的身心健康,提高生活质量具有很大的意义。

　　当前的心电图机多数属静态ECG系统,且一般造价较贵,多数都用于医院。由于心脏病具有突发性和偶然性,因此开发一种便于携带的,适用于普通家庭的心电信号采集及分析系统具有重要的意义。

　　2　应用单片机构成的心电信号的采集系统

　　心电信号采集系统包括模拟和数字两部分,主要有:心电信号模拟放大、滤波,模数转换,单片机控制,单片机与PC机的串行接口等电路,设计方向尽量保持低功耗、小体积,便于使用者随身携带。设计框图如图1所示。

　　硬件电路的简单工作过程是:心电信号经模拟电路放大滤波后,单片机89C51启动模数转换器ADC0809将模拟量变为数字量,单片机查询数字量并将其送到数据存储器或计算机串行口。

　　2.1　模拟电路部分

　　前置放大部分。前置放大器是电路的核心部分。生理信号具有高阻抗、易受干扰、幅度低、低频成分多等特点,因此放大器应具有输入阻抗高,共模抑制比高,噪声低,严格限制零点漂移等特点[1]。为了满足以上要求我们采用美国前Burr-Brown公司INA系列的放大器INA128,它可在±2.25V电池供电时工作,可用于便携式系统。为了消除人体携带的50Hz交流干扰我们在前置级电路中设有右腿驱动电路。采用该方法不仅抑制了50Hz干扰,而且也没损失心电信号中的50Hz频率成分。从测量电极到测量系统的输入端,导联线采用屏蔽电缆,但这样在信号线和电缆屏蔽层间将存在分布电缆,实际上两根导线的分布电容不可能完全相等,从而造成共模电压的不等量衰减,使放大器的CMRR下降。为了消除这一不良影响,我们采用屏蔽驱动电路。电路如图2所示。

　　二级放大及二阶低通滤波电路。体表所测心电信号的幅值为10μV—4mV,频率为0.05—250Hz,为使幅值达到可进行处理的范围,我们必须进行二级放大。二阶低通滤波器的截止频率为250Hz,由奈奎斯特采样定理可知采样频率须大于500Hz,由于心电信号高频成分很少,所以采样率可取500Hz。

　　光电耦合隔离电路。为了人体安全且抑制地线所产生的漏电流,现采用互补形式的光电耦合电路。该电路的频带平坦区可达0—40KHz,线性度可达0.1%,完全满足生物电信号模拟量的耦合要求。

　2.2　数字电路部分

　　主处理器为89C51单片机, A/D转换器为ADC0809,数据存储器为6264及74LS373和7402等一些附属器件。该部分的工作原理如下:单片机(89C51)以2ms的周期不断启动A/D转换器,将放大后的心电信号变成数字量,经单片机暂存后送入上位机进行处理,或同时送入6264保存。上位机与下位机的衔接中,应用了电平转换芯片ICL232,实现了正负逻辑电平的转换,串行通讯的数据格式为:2400波特率,8个数据位,1个停止位,无校验位。单片机与PC机的接口电路如图3所示。