【正文】 目前各大醫(yī)療器械廠商不斷推出新式的醫(yī)療設(shè)備，而便攜式、家庭化的無疑更具有競爭力，也符合人們目前的消費需求與理念。仔細 23 分析了心電信號的產(chǎn)生及特點，根據(jù)心電信號的特點，了解了一般微弱信號的檢測機理。 按鍵掃描程序需要解決按鍵長按的情況，在程序里面設(shè)置一個變量 sel_prev 來記錄按鍵的上次狀態(tài)，只有按鍵上次狀態(tài)時抬起，當前狀態(tài)時按下時才判斷為真實的按鍵，每一次按鍵值讀取后，要清除返回的按鍵值，按鍵掃描的程序代碼如下： u8 keyscan (void) { pkey_sel=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, GPIO_Pin_0)。程序流程框圖如 42所示： N Y Y Y 圖 42 信號采集流程圖 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存放在 ADC_RegularConvertedValue 變量里，轉(zhuǎn)換狀態(tài)用全局變量dmaflag 來標記， dmaflag＝ 0代表轉(zhuǎn)換未結(jié)束， dmaflag＝ 1代表轉(zhuǎn)換結(jié)束。完成硬件電路設(shè)計和電路板制作后，再進行整體調(diào)試。本心電圖儀器設(shè)置了三個鍵 ,以完成心電信號的儲存和回放功能。電路如下所示。從而達到電平抬升的目的。 本論文采用模擬雙 T陷波。則濾波器的傳遞函數(shù)為： 21 1 1 1 3() 1() ( ) 1 2 ( )outin CUsGs U s s R C s R C?? ?? (1) 令 s=jw， R11C3=1/w0，則 (1)變?yōu)椋? 201() 1 ( )G jw ww? ? (2) 根據(jù) (2)式可得幅頻響應(yīng)表達式為： 222001()21 ( ) ( )G jww? ???????? (3) 根據(jù) (3)式， 2() 2G jw ? ， w=w0,則特征頻率為：1 1 31 1052Hf HzRC??? 。后級放大電路采用二級同相放大電路，如圖 33所示。另外，溫漂會引入直流電壓增益從而給心電信號帶來干擾?？梢栽O(shè)計高通、低通濾波器來壓縮頻帶 ,濾除該頻帶以外的干擾信號。 信號采集電路設(shè)計 有前面討論 可知 ,心電信號是一種低頻率的微弱雙極性信號，極易受到干擾而導致信號失真，必須設(shè)計合理的調(diào)理電路，盡可能的去除干擾以提取有用的信息，為后面的處理電路提供可供采集和分析的信號源。 (11)XTAL1，反向振蕩器放大器及片內(nèi)時鐘操作電路的輸入。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動 特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流?；谝陨弦蛩?，本設(shè)計采用了 ATMEL公司的 ATmega128作為系統(tǒng)的核心處理器，該處理器可在 ，并具有多達 4K的內(nèi)部 RAM以及 AD、 SPI等資源，非常適合于本系統(tǒng)的開發(fā)。單片機應(yīng)具有低電壓、低功耗的特點 ,一般 8位單片機能夠滿足要求。 （ 4）顯示電路：實時顯示出心電波形和心電相關(guān)信息。 方案三：以為 ATmega128 中心、采用性能優(yōu)良的 AD620 管作為前置放大，既可以提高放大倍數(shù)，也可以提高共模抵制比、電路結(jié)構(gòu)簡單。 , 正好落在 ATmega128的 ADC模擬輸入信號范圍 【 8】 。所以，在對 ECG 的檢測中，要綜合考慮，既要考慮它的隨機性，更要重視它的規(guī)律性。V，很容易受到干擾的影響，極易被淹沒。 心電信號的特征 生物醫(yī)學信號都具有信號強度較弱、背景噪聲較強、頻率范圍一般較低、隨機性強等特點 【 5】 。系統(tǒng)通過按鍵電路，來控制 LCD顯示的內(nèi)容。其體積較小，攜帶方便，便于出門在外使用；操作簡單，功 能齊全、價格便宜、功耗低 ,性價比高 ,適于在廣大普通用戶和家庭中推廣應(yīng)用。 總之，科技不斷進步，人們的需求也在變化，設(shè)計符合市場需求的產(chǎn)品是企業(yè)生存的根本，利用高科技帶來的技術(shù)革命去更新醫(yī)療器械更是一個巨大的市場機會，我們相信，在未來幾年里，家庭化的監(jiān)護設(shè)備必將越來越普及。 心電圖儀的 發(fā)展趨勢 隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，特別是計算機、微電子、機械電子在醫(yī)療領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，極大的促進了心電設(shè)備的發(fā)展?？傊麑π碾妶D的創(chuàng)立及發(fā)展有著不可磨滅的貢獻，被尊稱為“心電圖之父”， 1924 年 Eintho ven 教授獲得了諾貝爾生理學和醫(yī)學獎。對慢性病患者來說 , 如果長期住在醫(yī)院里接受監(jiān)護和治療 ,不僅花費高而且給醫(yī)院容量帶來壓力，所這種以便攜式心電圖儀 【 2】 正是滿 足以上趨勢和需要而設(shè)計研制的。由于心電信號中通?；祀s有其它生物電信號，加之體外以 50Hz 工頻干擾為主的電磁場的干擾，使得心電噪聲背景較強，測量條件比較復雜。為了不失真地檢出有臨床價值的干凈心電信號 【 1】 ，往往要求心電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有高精度、高穩(wěn)定性、高輸入阻抗、高共模抑制比、低噪聲及強抗干擾能力等性能。 心電圖儀的 研究現(xiàn)狀 英國生理學家 Einthoven 在 1887 年用毛細管靜電計記錄了心動電流圖。 從此利用心電圖協(xié)助診斷疾病逐漸廣泛應(yīng)用于臨床。目前各大醫(yī)療器械廠商都投入巨資開發(fā)性能更強、功能更加完善的心電設(shè)備，比如歐姆龍、北京超思、亞新、均在該領(lǐng)域的研究與生產(chǎn)上有所突破。 研究 心電圖儀的 意義 心電圖是反映心臟興奮的電活動過程 ,它對心臟基本功能及其病理研究方面，具有重要的參考價值。 2. 簡易心電圖儀的原理 心電圖儀的工作原理 簡易心電圖儀系統(tǒng)主要由前置放大、后級放大、濾波電路、電壓抬升電路、單片機模塊、按鍵模塊和 LCD顯示模塊構(gòu)成。 5 圖 2－ 1 系統(tǒng)框圖 心電信號的產(chǎn)生機理 心臟的結(jié)構(gòu)復雜，可以把心臟看作一個水泵，能夠不斷地有規(guī)律性的發(fā)生興奮和收縮 【 5】 ，從而推動著整個血液的循環(huán)。當今生物醫(yī)學信號處理已經(jīng)是一個重要的研究領(lǐng)域，也是近年來迅速發(fā)展的數(shù)字信號處理技術(shù)的一個重要的應(yīng)用方面。給信號的檢測帶來了困難。 頻譜特征 據(jù) 等人的研究，直流成分在心電信號中占的比例很高，濾除直流成分后，頻率主要集中在 ~100Hz，可見心電信號的頻率較低，強度非常微弱，而其中的能量大部分集中在 ~40Hz 范圍內(nèi)。 心電圖儀的硬件設(shè)計方案 一個心電數(shù)據(jù)系統(tǒng)的組成框圖 ,其中心電信號由專用電極拾取后送入前置放大器初步放大，并在對各干擾信號進行一定抑制后送入帶通濾波器，以濾除心電頻率范圍以外的干擾信號。然后通過 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換，輸出給示波器，若合理的選擇器件參數(shù)，可使其輸出波形失真小。 （ 5）電源電路：設(shè)計可靠的電源電路，為整個系統(tǒng)提供電源，降低系統(tǒng)功耗。 LCD液晶顯示器采用點陣式圖形顯示器 , 128 64點陣的液晶 顯示器基本能完整地顯示心電圖的波形 ,由于該種類型的 LCD液晶顯示器本身帶有驅(qū)動器 , 因此單片機可以方便地進行。 微處理器的特點 AVR 單片機的主要特點如下： （ 1) 哈佛結(jié)構(gòu)，具備 1MIPS/MHz 的高速運行處理能力； （ 2）超功能精簡指令集（ RISC） ,具有 32 個通用工作寄存器，克 服了如 8051MCU 采用單一 ACC 進行處理造成的瓶頸現(xiàn)象。復位發(fā)生時端口 A 為三態(tài)。復位發(fā)生時端口 C 為三態(tài)。復位發(fā)生時端口 E 為三態(tài)。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電 路拉低時將輸出電流。 (12)XTAL2；反向振蕩器放大器的輸出。對提高整個系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性有重要意義。必要時還需要設(shè)計 50Hz 工頻 12 干擾抑制電路 ,通過這樣處理后，得到的信號才可能有診斷價值。因此，選用的放大器要特別注意這兩個參數(shù)。放大倍數(shù)由反饋電阻 R6和 R7，R8和 R9決定。 采用有源雙 T結(jié)構(gòu) 50Hz陷波器電路如圖 6，來濾除工頻干擾信號。通過圖五幅頻特性可知 ,對于 W=W0 的其他頻率方案二信號 ,通過 雙 T 網(wǎng)絡(luò)具有較強的負反饋，因為雙 T 網(wǎng)絡(luò)具有良好的濾波特性，在儀表的電源噪聲濾波電路中獲得了較為廣泛的應(yīng)用，又因為雙 T 網(wǎng)絡(luò)具有比 RC 串、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)更好的選頻特性，故我們選用了此方案。 U6OP0710KR16VCCVCC輸出信號10KR17100KP3VCC 10KR8輸入信號 圖 3－ 6 電平抬升電路 17 電源電路 電源電路是整個系統(tǒng)中十分重要的一環(huán)，隨著便攜式產(chǎn)品的普及，如何降低功耗成為工程師面臨的急需解決的問題。 ICL7660S 典型應(yīng)用電路如 3－ 7 所示： BOOST1CAP+2GND3CAP4Vout5LV6OSC7V+8U21ICL7660S10uFC2210uFC23VCCVCC 圖 3－ 7 ICL7660S典型應(yīng)用 信號處理電路設(shè)計 通過心電采集電路處 理后的信號符合了采集要求，數(shù)據(jù)處理電路通過 A/D 轉(zhuǎn)換把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，進而通過對數(shù)據(jù)的分析處理完成后續(xù)復雜的功能。使用按鍵與單片機的 I/O口線直接連接的方法構(gòu)成 ,采用查詢方式獲得按鍵值。本章主要討論系統(tǒng)軟件在 ATmega128上的編程與實現(xiàn)。 液晶顯示程序 本次設(shè)計采用的液晶內(nèi)部沒有字庫，因此在顯示字符、漢字之前需取模，顯示原理是每一個點逐次點亮，該點的顏色有一個 16 位的值表示，根據(jù)液晶的控制原理，控制點亮的方向就可以顯示出字符或漢字。 if((pkey_sel==0)amp。 (2)針對心電信號的特點選用高阻抗、低噪聲的精密儀用放大器 INA118 設(shè)計前置放大電路，并 INA118 為核心設(shè)計了的前端心電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。我們相信，在未來幾年里，家庭化、便攜式的醫(yī)療監(jiān)護設(shè)備必將越來越普及。 總之 ,隨著科技的日新月異 ,人們生活水平的不斷提高 ,人們物質(zhì)生活的層次逐步提高，對待健康與保健的重視程度越來越強，這就為醫(yī)療器械的發(fā)展帶來了極大的機遇，利用高科技帶來的技術(shù)革命去更新醫(yī)療器械更是一個巨大的市場機會。本文所做的工作歸納起來主要有以下幾點： (1)查閱了諸多文獻，并調(diào)查了市