【正文】 圖 50Hz 陷波電路 2 波特圖 由波特圖對(duì)比可知，電路 2 的性能比電路 1 的性能好很多，濾波選擇性也會(huì)相應(yīng)更優(yōu)。要做到中心頻率點(diǎn)的信號(hào)相互抵消，獲得重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)論文 20 衰減工頻干擾的目的， 只有保持 1 2 32R R R??以及 3 1 222C C C??的嚴(yán)格的對(duì)稱關(guān) 系 。另外，在提取人體生物電信號(hào)時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)中不可避免的產(chǎn)生 50Hz 工頻干擾，所以 常用 陷 波器予以抑制 。并且有內(nèi)部補(bǔ)償功能、低輸入偏置電流等功能。根據(jù)本課題，由于是處理的小于 100Hz 的信號(hào)，故電容選用 10~ 之間。 本課題將 1R 設(shè)定為 1KΩ, 1R 在本電路中起到對(duì)電路保護(hù)的作用，控制電流，不會(huì)對(duì)電路的電壓值產(chǎn)生太大的影響。故差分放大電路能很好地滿足本課題的要求。一級(jí)放大電路圖如圖 所示。 依據(jù) 課題的需要， 并且使共模信號(hào)獲得最大的 抑制效果， 初級(jí)放大器 放大倍數(shù)不宜過高 ，放大倍數(shù)一般為 幾十倍 ， 因?yàn)?放大倍數(shù)過高，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致共模信號(hào)的抑制效果減弱， 再者對(duì)于前級(jí)的干擾噪聲放大倍數(shù)太高的話，將對(duì)后面信號(hào)的處理帶來比較大的麻煩甚至得不到正常 信號(hào)數(shù)據(jù)。 RG 的值不 只是 設(shè)置增益的 高低另外 還可以決定 預(yù)處理 放大級(jí)的跨導(dǎo)。圖 中的 Q1 和 Q2 組成 AD620 的前置重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)論文 17 放大級(jí)，并提供附加的增益前端。V）等特性， 另外 還具有低輸入偏置電流 （最大值 ） 、低噪聲和低功耗 （內(nèi)部功耗 650mW） 特點(diǎn)，圖 是其內(nèi)部工作原理，圖 是其管腳圖 。 所以對(duì)于 預(yù)處理放大器電路類型 的選擇必須慎重，才可以有效的檢測(cè)到 ECG 信號(hào) 及提取到較為干凈的 ECG 信號(hào)。故如果把此課題設(shè)計(jì)的設(shè)備作用于人體，應(yīng)該只需做微小的改進(jìn)。二級(jí)放大，具體流程如圖 所示。本課題 ECG 采集 的硬件 電路 總體設(shè)計(jì)方案 是 按照硬件總體設(shè)計(jì)原則要求及現(xiàn)在條件 提出的。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)論文 15 第二節(jié) ECG 采集硬件電路具體設(shè)計(jì) ECG 信號(hào)是一種較微弱的體表電信號(hào)，其幅值約為 ～ 4 mV，頻率主要分布在 ～ 100Hz[14]，屬于低幅值、低頻率信號(hào)。由于 本課題的特殊性， 希望更多的保留 ECG 信號(hào)的原始信息 ，所以 信號(hào)失真的程度是本設(shè)計(jì)的重要考慮點(diǎn)。 Q= 通過 實(shí)驗(yàn)及查閱文獻(xiàn) 了解 到， 二階的模擬濾波器 即可 滿足 本課題的 要求。 幅值 A 在通道內(nèi)呈震動(dòng)現(xiàn)象，隨著電路階數(shù) n 的增加波動(dòng)越大，其衰減得越快。 幅值 A 隨頻率單調(diào)下降，隨著電路階數(shù) n 的增加逐漸向理想矩形濾波器逼近。有源濾波器按傳輸特性分類一般分為三種，即巴特沃思逼近濾波器、切比雪夫逼近濾波器和貝塞爾逼近濾波器。放大器的低噪聲性能主要取決于前置級(jí)，正確設(shè)計(jì)放大器的增益分配，在前置級(jí)的噪聲系數(shù)較小時(shí)，可以獲得良好的噪聲性能。 生物電放大器的 CMRR 值一般要達(dá)到 60~80dB，高性能放大器的 CMRR 則能達(dá)到 100dB，這說明對(duì)于 10mV 的共模干擾的輸出與 。理論上源阻抗是關(guān)于信號(hào)頻率的函數(shù)，隨頻率的增大而下降。 心電信號(hào)是比較微弱的體表生物信號(hào)，僅為毫伏級(jí)，頻率在 ～ 100Hz 范圍內(nèi)，屬于低幅值，低頻率信號(hào) ，且含有大量噪聲 。 也不宜過小，否則信號(hào)輸入到后級(jí)濾波輸入端時(shí)有效信號(hào)也容易被濾除掉。故顯示部分對(duì)本課題也是必不可少的。 由于 ECG 信號(hào)非常微弱 ， 峰值最高只有十個(gè)毫伏級(jí)， 且含有大量噪聲，為了能使信號(hào)正常的顯示，并且方便以后對(duì)該設(shè)備的完善，為后續(xù)工作做好準(zhǔn)備，故要盡量讓所得到的 ECG 信號(hào)更加干凈，并且峰值達(dá)到伏級(jí)以上。其中，拾取電極有多種連接方法，當(dāng)拾取電極與人體接觸位置不同時(shí)心電信號(hào)形將有相應(yīng)變化。 ⑤ 可靠性原則 系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí) 首先考慮使用 典型電路，為硬件系統(tǒng)的模塊化 及 標(biāo)準(zhǔn)化 作鋪墊 ，并且在硬件設(shè)計(jì)過程中 參考標(biāo)準(zhǔn)心電信號(hào)對(duì)硬件電路設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化 ， 最終 使系統(tǒng) 性能達(dá)到最優(yōu)。低通濾波器的具體 作用 有兩個(gè)方面：首先防止信號(hào)“混迭”也即是濾噪；其次提高系統(tǒng)精度，以免信號(hào)失真。實(shí)驗(yàn)的成功與否關(guān)系到最終檢測(cè)是否正確，會(huì)不會(huì)出現(xiàn)誤判，甚至關(guān)系到人身安全。 由于 ECG 信號(hào)十分微弱，頻率低，噪聲強(qiáng)烈，并且設(shè)備還要直接與人體接觸，這就要求本課題所設(shè)計(jì)的電路必須考慮到以上諸多因素，既要求取得較好地提取信號(hào)的效果，又不能對(duì)人體造成傷害。 圖 受肌電噪聲干擾 ECG信號(hào) 第三節(jié) 本章小結(jié) 本章首先對(duì)心電信號(hào)的形成 生物機(jī)理、 波形特征 、信號(hào)特點(diǎn)做了簡(jiǎn)要的介紹，使對(duì) ECG 信號(hào)有一個(gè)初步的了解，為采集 ECG 信號(hào)做理論準(zhǔn)備。這種干擾會(huì)和心電波形疊加，使心電波形產(chǎn)生不規(guī)則的變化。由于我國所使用的大多數(shù)電器都是用的 220V交流電，其 頻率 點(diǎn)是 50Hz，穩(wěn)定范圍一般 在 48Hz到 52Hz之間，故所測(cè)得的 ECG信號(hào)含有大量 50Hz的噪聲 。圖 ECG信號(hào)。肌電噪聲的頻率一般在 l0～ 300Hz 之間。其中 QRS 波 群能量 主要集中在 8～ 25Hz 內(nèi)， 屬于 ECG 信號(hào) 高頻區(qū)， 并且占據(jù)信號(hào)能量中 的主要部分。由于人體所處的復(fù)雜的環(huán)境， 在 從人體體表提取到的信號(hào) 中 不免 會(huì) 參雜 著 較強(qiáng)的干擾噪聲， 這些噪聲甚至?xí)耆蜎] ECG 信號(hào)，使得到的信號(hào)失去原有的波形。其間期長度隨心率快慢不同有所不同。如果心動(dòng)過緩，其 PR 間期會(huì)略長 (如 秒 )，長期如此，則表明存在心室傳導(dǎo)阻滯。其在 ECG 圖形中的呈現(xiàn)與心率相關(guān)，心率較快時(shí)比較明顯，慢時(shí)較難辨認(rèn)。 T 波的時(shí)間寬度為 ~，幅度不應(yīng)低于同導(dǎo)聯(lián) R 波的 1/10。波形時(shí)間寬度為 ~。 QRS 波群 其表示兩心室去極化過程中的電位變化，正常的 QRS 波群，時(shí)間寬度在 ~ 之間，幅度一般為 10μv~4mv。波形時(shí)間寬度一般為~，電壓不超過 ，幅值較低，波形一般圓鈍光滑，在心電信號(hào)上不易辨認(rèn)。 三、信號(hào)特征分析 對(duì) ECG 信號(hào)特征波形的分析與了解，是研究 ECG 信號(hào)采集的基礎(chǔ) 。來自人體自身的干擾比如體位變化、肌電、體溫變化等，都會(huì)造成所測(cè)得的 ECG 信號(hào)發(fā)生微弱的變化。生理信號(hào)是強(qiáng)噪聲下的低頻弱信號(hào)， ECG 也是如此。 去極化和復(fù)極化過程中， 心肌細(xì)胞帶電性質(zhì)發(fā)生改變，這種變化造成在體表特定部位產(chǎn)生不同的電位 ，并且體表電位變化具有規(guī)律性。這個(gè)過程稱為去極化。心電脈沖傳導(dǎo)至 房室結(jié)后，連續(xù)的心電脈沖 經(jīng) 希 氏束 ，最后止于浦肯野 纖維。 具體描述如下： 其中可以使用“ 心電脈沖的形成和傳播 ”來 描述心臟 收縮 。心臟電傳導(dǎo)系統(tǒng)是由竇房結(jié)、房室交界、浦肯野氏纖維、結(jié)間束、希氏束和束支等構(gòu)成。當(dāng)在基本功能實(shí)現(xiàn)的情況下，作為以后拓展，可以逐漸將設(shè)備向微型化、便攜、低功耗發(fā)展。 為了檢測(cè)人體的時(shí)時(shí)生理狀態(tài)，所以被測(cè)人要時(shí)時(shí)穿戴這些生理信號(hào)檢測(cè)設(shè)備 ，但同時(shí)又不能影響 人的正常生活 。 醫(yī)學(xué)傳感器被佩戴在人體體表或植入人體體內(nèi)，用于監(jiān)測(cè)病人的生理電信號(hào)，然后使用低功耗射頻設(shè)備發(fā)送這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)匯聚中心， 然后 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理或者傳送到遠(yuǎn)程 醫(yī)療監(jiān)控中心。其中最常見疾病是心臟 類 疾病，它已經(jīng)嚴(yán)重威脅 到民眾 的健康 與 生命安全 。 ECG 信號(hào)去噪是 ECG 信號(hào)采集的重點(diǎn)。但針對(duì)本課題，硬件電路 即 能滿足要求，可以把大多數(shù)噪聲濾除掉，顯現(xiàn)出 比較清晰有效的 ECG 信號(hào)波形。 所受到的噪聲 一般 源于供電系統(tǒng)，人體自身 分布電容、人體呼吸及肌肉顫動(dòng)，放大器的溫漂、零漂 ，以及 接觸電極電阻 等 。綜合 多 方面的資料信息來 講 ， 在 心電監(jiān)護(hù)中 ， 心電信號(hào)采集 經(jīng)歷了 由單導(dǎo)聯(lián)到多導(dǎo)聯(lián) 地 發(fā)展 歷史 ；由 最開始的 幾個(gè)心拍記錄 ， 到幾秒鐘心電數(shù)據(jù)記錄 ，再到全天后的心電檢測(cè)；由單一 靜態(tài)心電記錄 ，到如今 動(dòng)態(tài)心電信號(hào) 獲取 ；由心電信號(hào)簡(jiǎn)單記錄 ，到動(dòng)態(tài)心電檢測(cè) 以 及自動(dòng) 化 分析的變化 過程 。 縱觀歷史和現(xiàn)在，設(shè)計(jì)一款心電采集設(shè)備都是很有必 要的。 但是心臟性猝死在心臟疾病研究課題中具有非常 大的 挑戰(zhàn)性。 心血管疾病 ， 也是西方國家人口的 重要 死亡原因 ，其中，心臟猝死又是心血管疾病中最主要的 死亡原因。 《報(bào)告》披露 了 心腦血管病醫(yī)療費(fèi)用調(diào)查結(jié)果， 2020 年，我國心腦血管住院人數(shù)為 萬人次，占同期總住院人次的 12%，平均增長速度為 %。 【 關(guān)鍵詞 】 心電信號(hào) 低頻信號(hào) 噪聲干擾 硬件電路 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)論文 II ABSTRACT With social progress and technological development, people are subjected to the threat of cardiovascular disease has not decreased but increased.， such as whitecollars suddenly catch the death. Therefore, it is necessary that we should design an ECG acquisition system to constantly monitor the status of individual cardiac work and prevention of heart disease. ECG signals (abbreviated ECG) are generally disturbed by baseline drift, industrialfrequency noise and interference EMG frequency noise. Since the ECG signal is weak lowfrequency signal, so when extracting the ECG signal, filtering and amplificatory process must be carried out. This paper designed an ECG signal acquisition circuit to extract the ECG signals. The main works are listed as follows: ① Searching relevant literatures prepares and prehensively analyzing the ECG signal characteristics are done for the launch of the paper work. ② Combining with the characteristics of ECG signal, the design of ECG signal acquisition circuit program was proposed. ③ Hardware was designed. It included the power module, amplifier module and filter module. Filter module includes 80Hz lowpass filtering and highpass filtering. ④ The amplification and filtering circuit were simulated with , then debugged. ⑤ Every circuit module was set up with breadboard, debugged. Then all modules were debugged. After the test, universal plates were welded to ultimately ensure that the circuit works properly. ⑥ PCB board was drawn。 ⑤ 用面包板搭建各電路模塊并分別調(diào)試，然后總體調(diào)試。 ② 結(jié)合 ECG 信號(hào)的特點(diǎn)，提出 ECG 信號(hào)采集電路總體設(shè)計(jì)方案。 心電信號(hào) (簡(jiǎn)稱 ECG)一般受到基線漂移、工頻噪聲及肌電噪聲的干擾。因此，有必要也有需要設(shè)計(jì)一款心電采集設(shè)備，時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)個(gè)體的心臟工作狀態(tài)，預(yù)防心臟疾病的發(fā)生。主要工作如下： ① 查閱相關(guān)文獻(xiàn) ,全面分析了解 ECG 信號(hào)特征，為論文工作的展開做準(zhǔn)備。 ④ 使用 仿真放大與濾波電路，進(jìn)行調(diào)試。 本課題 設(shè)計(jì) 的 ECG 采集電路能夠提取到穩(wěn)定的 ECG 信號(hào)，雖然仍受到部分噪聲干擾，但是總體來說所得到的 ECG 信號(hào)還是比較清晰穩(wěn)定的，可以運(yùn)用于以后擴(kuò)展功能，如特征 值提取及預(yù)防猝死等應(yīng)用。 三、設(shè)計(jì)圖、調(diào)試實(shí)物圖 .................................................................................. 41 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)論文 1 第一章 緒論 第一節(jié) 課題研究的背景 《中國心血管病報(bào)告