【導讀】前置放大電路以及右腿驅動電路?????????疾病的發(fā)病率也不斷攀升，人們的身體健康產(chǎn)生了巨大的威脅。根據(jù)相關部門的調查顯示，我國每年大約有近一半。的死亡病例為冠心病，而且死亡率還在逐年遞增。在我國因心腦血管疾病每年耗費達3000億元，由于受測試。是完成這一任務的有力工具。人類的心臟有規(guī)律性的膨脹和收縮，從而使血液的循環(huán)。不過受限于身體各部分組織不同、距心臟。的距離不同，會造成體表的不同部位的電位有所不同。這些都可以在心臟手術和藥物的使用上提供重要的參。限時間內有些非正常的情況被發(fā)現(xiàn)的概率也是很低的。式心電監(jiān)護產(chǎn)品具有重要意義。于攜帶和使用方便等特點。母標出心電圖上的各波，這種標記方法一致沿用至今。斷疾病，并通過發(fā)展被廣泛應用于臨床。革命性變化，極大的增強了心電圖機的功能。目前各大醫(yī)療器械廠商都投。北京超思、亞新、均在該領域的研究與生產(chǎn)上有所突破。用及Inter的全球化而產(chǎn)生的。電子病歷是信息技術和網(wǎng)絡技

　　

【正文】 實例，只需做一些相應的修改就可應用到本系統(tǒng)中 。 顯示的心電波形有兩個基本要求：一是波形清晰，無斷點， 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設計 27 二是波形無明顯失真。在顯示波形時需要解決三個問題：一是把采集到的電壓值轉換成液晶上的高度；二是兩點之間要連續(xù)；三是刷新方式，刷新的一種方 法是在波形顯示到屏幕的最右邊時整個波形區(qū)域刷新為空，然后重新從最左邊顯示，另一種方法是邊顯示邊刷新，即在顯示的后邊的一小塊區(qū)域刷新為空，也就是邊顯示邊刪除。相比較而言顯然第二種方法比較好，因為整個區(qū)域刷新是很費時間的問題，有可能影響畫圖的速度，而第二種方法就有效的克服了這個問題，另外從實際效果來看，視覺 效果也比較好。針對第一個問題，實際上就是把電壓值轉換成點的坐標。 本設計中用液晶 X 軸中間的部分來顯示波形， X 軸坐標值范圍為 60~180，而心電信號的電壓值范圍為 0~2V，則第一個問題轉化為把電壓范圍 0~2 映射 到坐標 60~180 的范圍內。為了提高精度可以把電壓范圍在程序內部處理時擴大 100 倍，則轉換精度為 P=200/120=5/3，設轉換后的坐標為 xzb，另外液晶的坐標原點在右上角，則把電壓 Cur_val 的范圍 0~200 轉換到坐標 60~180 之間可以用以下公式： xzb=180－ Cur_val*3/5。對于第二個問題解決的辦法是在兩點之間用直線連接起來，這樣就需要把當前點的上一個點的坐標記住，用兩個變量保存設為 prxzb、 pryzb。 5 系統(tǒng)調試結果及誤差分析 經(jīng)過軟硬件的設計和制作，完成了基本的構架，但是還需 經(jīng)一部的調試和分析才能進一步的完善該系統(tǒng) 。 調試手段 為檢驗各模塊是否按要求進行正常工作，借助萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器以及示波器來進行檢測，通過測試結果完成對各個模塊完成功能的評估，對整體練調是一種很好的促進手段。 當硬件電路正常工作后，我們使用串口調試助手、 JLink 進行在線調試。串口調試 工具是通過串行通信 接口 與主控芯片的進行信息 交互，其輸出波特率與數(shù)據(jù)幀的格式都可以進行設置 ， 具 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設計 28 有使用靈活、操作簡便的特點。 JLink 是 調試 ARM 嵌入式系統(tǒng)的常用工具。 在每一部分程序 調試 通過后 ， 對所有子程序進行整合編 寫出完的主程序 。在開發(fā)環(huán)境中完成程序編譯之后，通過JLink 工具把程序代碼下載到 STM32 處理器中，然后通過程序的調試功能來進行程序的調試。使用 JLink 工具的優(yōu)點是：入門簡單、可以全面的觀察程序中的參數(shù)和微處理器中各個寄存器的值和狀態(tài)，特別適合軟硬件聯(lián)調階段。 測量調試以及分析 調試過程中需要對該電路的每一模塊逐步進行調試，使其完成各自的目標指數(shù)后方可整體聯(lián)立進行綜合調試 。 采集電路的測試 采集電路主要是完成對心電信號的正確提取，主要 測試前置放大電路即 AD627 的性能測試，帶通濾波電路 測試及陷波電路測試等。 (1)AD620 的性能測試 ? 差模增益 測量方法：差動輸入端，正端接信號源信號，負端接地，輸入信號為 150mV，測量 AD620A 的輸出端對地的電壓，其值為1020mV。差模增益為 ，與理論計算相一致。 ? 共模抑制比 測量方法：兩輸入端輸入 50Hz 共模信號，測量輸出端對地電壓。輸入 輸出 ，所以，共模增益為： 。 共模抑制比為： CMRR=10/=104dB。 符合心電儀器設計標準。 (2)帶通濾波電路測試 測量方法：實際測量中，輸入一定電壓 幅度的正弦波，調節(jié)其頻率，觀察輸出電壓幅度的變化。測得，信號 65Hz 時開始有幅度衰減， 100Hz 時減為原幅度的 1/3，信號低頻在 1Hz 的時候開始衰減， 的時候衰減為原幅度 1/3。 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設計 29 (3)陷波電路測試 測量方法：實際測量中，輸入一定電壓幅度的正弦波，調節(jié)其頻率 使輸出頻率為 50Hz， 調節(jié)滑動變阻器，觀察輸出電壓幅度的變化，當輸出波形幅值最小最佳。調節(jié)波形如圖 16 所示。 圖 16 陷波電路實際效果 濾波 算法測試 由前述可知，通過前置放大，高通低通濾波以及陷波電路和放大電路后，用示波器觀 察出來的波形如圖 17(a)所示。雖然 R波明顯出來但是很顯然干擾比較大，經(jīng) STM32 處理器經(jīng)行數(shù)據(jù)濾波后產(chǎn)生波形如圖 17(b)所示，該波形明顯優(yōu)越于未經(jīng)處理的波形，由此可見數(shù)字濾波有效 [16]。 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設計 30 圖 17(a) 未經(jīng)濾波的波形 圖 17(b) 經(jīng)濾波后的波形 整體測試 和 結果分析 從效果可以看出心電波形顯示正常 ，波形穩(wěn)定，基本沒有工頻干擾，說明硬件與軟件濾波起到了作用。但 波形也顯而易見的與標準的心電圖有一些差距， 這與傳感器的精度、位置及硬件電路的設計有關，也與數(shù)字濾波器的算 法有一定的關系，還需進一步加以改善。從整體測試結果看，該系統(tǒng)較好的完成了預期的設想，能夠較正確的從人體上采集信號并加以處理與 顯示。 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設計 31 圖 18 整體測試波形 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設計 32 結束語 本 系統(tǒng) 實現(xiàn)的是便攜式的小型化的心電監(jiān)護系統(tǒng)，首先 調查了市場上的心電圖儀產(chǎn)品，并分析了 它們存在的優(yōu)點與不足，并借鑒了它們的優(yōu)勢 部分 應用到該系統(tǒng)中，研究 了他們整體的設計方法，查閱了心電圖儀器的相關電路設計，初步設計出本系統(tǒng)的方案，并探討其實現(xiàn)的可行性。其次是對于芯片的選擇也是非常重要的，本文選用了性價比高的基于 CortexM3 的 STM32 芯片作為微處理器，該 MCU 能夠很好的完成系統(tǒng)所需的功能。在熟悉了軟硬件開發(fā)環(huán)境后，采用模塊化設計，把整個系統(tǒng)化分為多個小模塊并逐步去實現(xiàn)。 針對目前市場上的便攜式心電圖儀器價格昂貴、功能復雜，攜帶不方便 的局限性，本文設計了一種基于 STM32 芯片能夠實時監(jiān)控并且價格低廉的便攜式心電信號采集儀。易攜帶的特性存儲數(shù)據(jù)，能夠完成長時間的心電 監(jiān)測 ，并選用 TFTLCD 彩色液晶進行實時心電波形顯示，通過按鍵使該系統(tǒng)具有良好的人機交互界面。 由于時間和精力等方面的限制， 本系統(tǒng)還有需要 進一步完善 ： (1) 提高前端采集電路的精度。要想對心電信號做更進一步的分析，必須把更多的心電信 息采集出來，而本設計的前端電路丟失了一些細節(jié)信息。 (2) 對于信號的濾波和檢測，本系統(tǒng)功能還不夠強大，還不能很精確的識別出信號的多種 特征?？梢钥紤]采用小波變換來處理，而關于波形檢測的理論和實踐在本領域還是有很多難度，目前就有很多的專家學者在研究此類問題。 (3) 對于數(shù)據(jù)的傳輸和處理，一是可以考慮用互聯(lián)網(wǎng)傳輸，這樣更加方便快捷。二是利用 計算機強大的數(shù)據(jù)處理能力結合神經(jīng)網(wǎng)絡等處理方法，這樣系統(tǒng)就有了自主診 斷功能。目前這個領域非?；钴S，也是個充滿挑戰(zhàn)的課題，有待進一步深入研究。 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設計 33 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革命去更新醫(yī)療器械更是一個巨大的市場機會。目前各大醫(yī)療器械廠商不斷推出新式的醫(yī)療設備，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。我們相信，在未來幾年里，家庭化、便攜式的醫(yī)療監(jiān)護設備必將越來越普及。 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設計 34 參考文獻 [1] 劉澤霖．血栓性疾病的診斷與治療 [M]．人民衛(wèi)生出版社， 2020： 45． [2] 金偉著．金氏脈學 [M]．山東科學技術出版社， 2020： 2525． [3] 陳國偉，伍貴富． 21世紀心血管疾病研究展望 [J]．新醫(yī)學， 2020：32(8)： 455473． [4] 許克誠．臨床心電圖學教程 [M]．北京 :人民衛(wèi)生出版社， 1999：139149． [5] 巴德年主編，楊子彬 [冊 ]主編．生物醫(yī)學工程學 [M]．黑龍江科學技術出版社， 2020： 8081． [6] 張開滋，劉海樣，吳杰心電信息學 [J]．北京 :科學技術文獻出版社，1998： 4650． [7] 余學飛．醫(yī)學電子儀器原理與設計 [M]．廣州 :華南理工大學出版社，2020． [8] 周立功． ARM 嵌入式系統(tǒng)基礎教程 [M]．北京：北京航空航天大學出版社， 2020： 3071． [9] 高有堂 . 電子電路設計制板與仿真 PROTEL DXP[M]．鄭州 ： 鄭州大學出版社 ， 2020： 43189. [11] 周靜．心電信號中工頻干擾的消除 [J]．生物工程醫(yī)學研究， 2020，22(4)： 6164． [12] 王大雄，王國鈞．基于嵌入式微機的便攜心電監(jiān)護儀設計 [J]．航天醫(yī)學與醫(yī)學工程， 2020， 18(3)： 196200． [13] 胡廣書 .數(shù)字信號處理 理論、算法與實現(xiàn) [M]. 清華大學出版社 . 2020:7585. [14] 徐冰俏．基于 Intemet 的家庭心電監(jiān)護系統(tǒng)研究 [J]．浙江大學碩士學位論文， 2020： 5657.