【正文】 場上存在的產(chǎn)品，分析它們的優(yōu)點(diǎn)與不足。本系統(tǒng)對按鍵的實時性要求不是很強(qiáng)，因此最終采用掃描方式來實現(xiàn)對按鍵的識別。 ATmega128 的片內(nèi) ADC 是 12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可以在 16路模擬輸入 中任選一路進(jìn)行采樣，其最高采樣率為 1MHz， AD轉(zhuǎn)換后心電數(shù)字信號 低通濾波 高通濾波 QRS 檢測 信號分析 LCD 顯示 SD 卡 21 心電信號的頻率較低，片內(nèi) AD 足以滿足系統(tǒng)采樣定理的要求，這樣可以提高采樣的穩(wěn)定性和降低系統(tǒng)成本。 VCC 圖 3－ 11 LCD顯示電路 4. 基于 AVR心電圖儀的軟件設(shè)計 本系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用的是模塊化的編程思想，首先設(shè)計好系統(tǒng)總的軟件流程，然后分別實現(xiàn)系統(tǒng)的各模塊功能。 ATmega128 SST39VF0 圖 3－ 9 存儲電路 按鍵電路 LCD液晶顯示器采用點(diǎn)陣式圖形顯示器 ,128 64點(diǎn)陣的液晶顯示器基本能完整地顯液晶 顯示電路 按鍵電路 SD 卡存儲電路 電源電路 上位機(jī) ATmega128 微處理器 P1 P2 P3 D0— D7 A0A7 A8A15 A16A19 CE OE WE 19 示心電圖的波形。 的電壓采用 AMS1117 產(chǎn)生，其最大的特點(diǎn)是簡單易用，而且性價比高，輸入電壓 5V~12V，直接輸出 。圖 3－ 6 為差分輸入放大電路，輸入信號反向后與正輸入端的電壓相加，正輸入端的 電壓可以通過 P3 滑動變阻器進(jìn)行調(diào)節(jié)。 15 OP07R12+5V5VR11VoutC3C4Vin 圖 3－ 4 濾波電路圖 陷波處理電路 工頻干擾是心電信號的主要干擾，雖然前置放大電路對共模干擾具有較強(qiáng)的抑制作用，但有部分工頻干擾是以差模信號方式進(jìn)入電路的，且頻率處于心電信號的頻帶之內(nèi)，加上電極和輸入回路不穩(wěn)定等因素，前級電路輸出的心電信號仍存在較強(qiáng)的工頻干擾，所以必須專門濾除。 其中 R11=R12=150kΩ， C3=C4= F。 13 U4OP073281674 5AD620R5R3R4R2R1C1保護(hù)隔離+5V5VRARLLA 圖 3－ 2 前置放大電路圖 后級放大電路 通過 AD620前置放大后的信號還是很微弱，采用精 度較高的 OP07 對信號進(jìn)行后級放大。在設(shè)計心電放大器時應(yīng)盡量選用低噪聲元件，提高輸入阻抗。 (2) 頻率響應(yīng)所謂頻率響應(yīng)是指放大器對不同信號頻率的反應(yīng)，心電信號的范圍低于100Hz,所以要求放大器要對此頻率范圍的信號盡可能不失真的放大出來。在正常工作過程中 PEN 引腳沒有其他功能。低于此時間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。 (9)端口 G(PG4..PG0)，端口 G為 5位雙向 I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。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。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。其輸 10 出緩沖器具有對稱的驅(qū)動 特性，可以輸出和吸收大電流。 綜合以上四個方面，單片機(jī)的選擇主要考量三個因素，一是低功耗，系統(tǒng)盡可能采用普 通電池供電；二是內(nèi)部資源豐富，可簡化電路設(shè)計，減少不必要的干擾；三是成本低，作為便攜式醫(yī)療設(shè)備，高性價比是其得以推廣的基礎(chǔ)。 ATmega128 單片機(jī)的介紹 單片機(jī)系統(tǒng)用于接收心電圖信號處理電路傳送來的 05V電壓信號 ,把模擬電壓信號變換成數(shù)字信號 ,并對信號進(jìn)行處理后以圖形的形式在 LCD液晶顯示器上顯示 , 并且把測量的心電圖信號通過自身的串行口傳送出去。 （ 3）按鍵電路：完成良好的人機(jī)交互。由于這些原因，我們不采用這種方法。其輸入范圍為 0～ ,設(shè)計時選擇 , 放大后的心電信號疊加參考電壓大小為 177。不過，這種隨機(jī)性并不是毫 無規(guī)律可言，通過對心臟自發(fā)放電的構(gòu)型進(jìn)行統(tǒng)計并分析，可以發(fā)現(xiàn)放電的內(nèi)在規(guī)律?？梢钥闯鲂碾娦盘柧哂幸韵绿攸c(diǎn)： (1)微弱性：經(jīng)過實驗測試得出，心電信號的幅度一般只有 ～ 5mV，均值在 1181。同時對心臟病的診斷和治療也提供了確切的理論依據(jù)。 ATmega128單片 機(jī) 對電壓抬升后的電信號進(jìn)行 AD采樣。心電圖儀是診斷心臟病的重要儀器之一 , 微型家用心電圖儀正是面向廣大用戶而設(shè)計的。如目前出現(xiàn)的基于 GPRS 網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)就是這個發(fā)展趨勢的體現(xiàn)。近半世紀(jì)以來，動態(tài)監(jiān)護(hù)設(shè)備更加智能，功能更加完善，類型也越來越多。在 1912 年他深入研究了正常心電圖的波動范圍后，提出了著名的“愛因托芬三角”理論。 隨著生活節(jié)奏的加快 , 生活水平和健康意識的提高 , 人們需要隨時對心臟進(jìn)行健康監(jiān)護(hù) , 并且能在較危急的情況下進(jìn)行及時的診治。人體心電信號的主要頻率范圍為 ~100Hz，幅度約為 0~4mV，信號十分微弱。本設(shè)計利用 AVR 單片計和 A/D 轉(zhuǎn)換以及多路模擬開關(guān)設(shè)計了一種符合上述要求的多路心電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。為了得到更準(zhǔn)確的心電圖信息，從 1895 年開始他展開了對心臟動作電流的研究，并在德? 阿森瓦爾氏的鏡影電流計基礎(chǔ)上，改進(jìn)了其設(shè)計方法，提高了心電圖的質(zhì)量。隨著社會的發(fā)展，心電圖檢測理論越 來越成熟與完善，另外機(jī)械、電子、計算機(jī)等技術(shù)的迅猛發(fā)展，帶動了醫(yī)療器械發(fā)生了革命性變化，極大的增強(qiáng)了心電圖機(jī)的功能。 綜觀當(dāng)前心電檢測儀器發(fā)展趨勢，主要向以 下幾個方向發(fā)展： (1) 數(shù)字化 隨著計算機(jī)科學(xué)、機(jī)械電子的迅猛發(fā)展，醫(yī)療器械的數(shù)字化程度越來越高，比如數(shù)字濾波器的使用，極大的降低了心電干擾，提高了心電判斷的準(zhǔn)確率。心電圖可以分析與鑒別 各種心律失常；也可以反映心肌受損的程度和發(fā)展過程和心房、心室的功能結(jié)構(gòu)情況。因為電極采集的心電信號參雜著共模信號，所以需經(jīng)前置放大，進(jìn)行差模信號放大，去除共模信號。心電信號就是有心肌激動產(chǎn)生的微小電流，該電激動是在心臟機(jī)械收縮之前產(chǎn)生的。心電信號屬于直接信號，信源是心臟，具有周期信號的性質(zhì)，同時還有非平穩(wěn)的特性，由于干擾因素的存在，心電信號總是在一定的范圍內(nèi)波動，有時候也會隨著某種疾病發(fā)生改變，不同的人，其心電圖的波形有差異，這個差異有時還很大，但是，一般正常的心電波形都可以劃分為幾個部分。 (2)低頻特性：人體心電信號頻率比較低，有價值的頻率范圍一般為 ~100Hz，能量大部分集中在 ~40Hz。從功率譜上可以看出，心電信號的能量大部分集中在 QRS【 7】 期間，該期間的頻率峰值一般是在 10~20Hz 之間，在信號 的中、高頻率區(qū)，由于這個特征在整個心電信號圖中非常明顯，因此對 QRS 波形的檢測變得非常容易識別。主放 大器可將濾波后的信號進(jìn)一步放大到合適范圍后，再經(jīng) 50Hz 陷波器濾除工頻和肌電干擾，然后將符合要求的心電模擬信號由模擬輸入端送入高速 ADC，以進(jìn)行高精度 A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的采集存儲。所以采用此方案。 8 圖 3－ 1 系統(tǒng)總體原理框圖 該系統(tǒng)總體可分為模擬和數(shù)字兩部分。 微處理器的選型 MCU 的選擇主要從以下四個方面來考慮： (1)MCU 在整個系統(tǒng)中的所承擔(dān)的任務(wù)復(fù)雜程度：在本設(shè)計中， MCU 要負(fù)責(zé)信號的采集、信號的濾波處理、心電波形的顯示、數(shù)據(jù)存儲以及通信。 （ 3）快速的存取寄存器組、單周期指令系統(tǒng)，大大優(yōu)化了目標(biāo)代碼的大小、執(zhí)行效率，部分型號 FLASH 非常大，特別適用于使用高級語言進(jìn)行開發(fā)。 (4)端口 B(PB7..PB0)，端口 B為 8位雙向 I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。 (6)端口 D(PD7..PD0)，端口 D為 8位雙向 I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。 (8)端口 F(PF7..PF0)，端口 F為 ADC 的模擬輸入引腳。復(fù)位發(fā)生時端口 G為三態(tài)。 (13)AVCC； AVCC 為端口 F以及 ADC轉(zhuǎn)換器的電源，需要與 VCC相連接，即使沒有使用 ADC也應(yīng)該如此。 導(dǎo)聯(lián)通道的選擇 在前置放大前級采用類比多工器 ADG609,考慮到一般生理信號都屬于差動式 【 9】 的，而 ADG609 的類比信號的輸入范圍介于 Vss 與 Vdd 之間，且有四個切換對，可以很輕易地經(jīng)由 ATmega128 的設(shè)定來更改切換的頻率，除此之外還具有快速切頎時間（ Ton75ns max*Toff45ns max）、低啟動阻抗、低消耗功率，以上這些特性都符合此設(shè)計的要求。 (3) 共模抑制比電極 不對稱、電氣設(shè)備運(yùn)行時的干擾都易產(chǎn)生極化電壓，然后通過放大電路其值極有可能遠(yuǎn)比心電信號大得多，從而將微弱的信號淹沒。 前置放大電路 心電信號為一差動式信號并且小于 4mV,通常信號會先經(jīng)過第一級的適當(dāng)放大后 ,再經(jīng)過高低通濾波器 ,采用分級放大的原因是為了避免直流偏壓經(jīng)過放大后 ,造成后級的電飽和 ,而使放大后的信號產(chǎn)生失真 .因此為了避免放大器飽和 ,在這一級的放大增益應(yīng)該小于 30, 一般說來作為前級放大單元必須具有高輸入阻抗 .高共模斥拒比等基本特性 ,在這里我們采用了低功耗 ,高精度的儀表放大器 AD620, AD620 輸入端采用超β處理技術(shù)，具有低輸入偏置電 流、低噪音、高精度、較高建立時間、低功耗等特性，共模抑制比可達(dá) 130dB，非常適合作為醫(yī)療儀器前置放大器使用。第一級放大倍數(shù)為： G1=1+R6/R7，第二級放大倍數(shù)為： G2=1+R8/R9，后級放大倍數(shù)為 G=G1*G2。雙 T電路結(jié)構(gòu)基本是雙對稱型的，取 R13=R14=R15=R16=10kΩ， C5=C6=C7=C8=330nF，最大衰減頻率為：f0=50Hz。 為了防止 50Hz 的工頻對電路的干擾。如果電源不穩(wěn)定可能造成系統(tǒng)不能正常工作，嚴(yán)重的甚至燒壞芯片引發(fā)事故。 處理電路方案 心電數(shù)據(jù)處理電路主要完成信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換、濾波、串行通信、液晶顯示、 SD 卡存儲、鍵盤控制等。 鍵盤硬件電路如圖 3－ 10所示。 主程序流程 主程序流程 圖主要完成心電信號的