【導(dǎo)讀】情況，而且能在心電不正常時，自動向預(yù)約醫(yī)療單位發(fā)出遠(yuǎn)程報警信息。路將心電信號傳輸?shù)筋A(yù)約醫(yī)療單位，通過醫(yī)療單位的監(jiān)測設(shè)備顯示和記錄心律失常信息。中內(nèi)部含有有A/D轉(zhuǎn)換器部件，完成對心電信號的轉(zhuǎn)換，以得到相應(yīng)的數(shù)字化心電信息；調(diào)試證明，該系統(tǒng)具有較好的抑制心電信號噪聲的能力，心電基線漂移小，測量準(zhǔn)確，使用便利，能夠滿足病房和家庭無線心電監(jiān)測的基本要求。

　　

【正文】 A/D轉(zhuǎn)換之前 ，把電平給抬升上去。這里采用了一個 2． 5v的穩(wěn)壓管 LM385經(jīng)電阻分壓，從而把電平抬升上去 [14]，如圖 49所示： 圖 49 電平抬升電路 心電信號的 50Hz 帶阻濾波器電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計 雖然心電信號前置放大電路對 50Hz工頻干擾有很強(qiáng)的抑制作用，但僅僅靠共模抑制是不夠的，還需要設(shè)計專門的濾波電路來濾除，模擬帶阻濾波器，俗稱陷波器。最典型的陷波電路是無源雙 T網(wǎng)絡(luò)加運(yùn)算放大器，雙 T網(wǎng)絡(luò)實(shí)際是由低通和高通濾波器并聯(lián)組合成的二階有源帶阻濾波器，兩個運(yùn)算放大器接成射隨狀態(tài)，增益都為 l[15]。本系統(tǒng)實(shí) 際采用的電路就是這種雙 T網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的帶阻濾波器，如圖 410所示，運(yùn)算放大器仍選用的是 OP07。 49R = 52R =R， 44C = 45C =C， 46C 、 35C 并聯(lián)為 2C， 50R 、 51R 并聯(lián)為 R/2，設(shè) 53R = 1R ， 54R = 2R ，該電路的傳遞函數(shù)為： 2020202221222221])(1[4 )1()( ?? ? ?? ?????? ?? sQssCRsRCRRRs RCssA uf （ 414） 式中 RC10 ??， 1?K ，])(1[4 1 122 RRRQ ??? （ 415） 調(diào)節(jié) R1,R2的比值可以控制 Q的值。 武漢工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 21 圖 410 50Hz陷波電路 取 C44=C45=C46=C35=， R49=R50=R51=R52=47K， R53=R54=50K，由 上式得： HzRCf 50210 ?? ? （ 416） Q=，實(shí)際調(diào)試過程表明，該電路對 50Hz的衰減在 20dB左右，對工頻干擾有一定的遏制作用，基本上能滿足系統(tǒng)要求。 小結(jié)： 主要介紹了心電信號檢測電路的設(shè)計，給出了心電信號采集電路具體的設(shè)計方法與部分實(shí)現(xiàn)電路。設(shè)計了前置 放大器；為了降低位移電流，設(shè)計了右腿驅(qū)動電路；為了抑制基線漂移，設(shè)計了 0． 5 Hz高通濾波電路；為了消除 50 Hz工頻干擾，設(shè)計 50 Hz雙 T陷波電路，該陷波器具有 Q值可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)；由于心電信號屬于低頻信號，設(shè)計了二階低通巴特沃斯濾波器，消除 100 Hz以上的高頻成分；為了心電信號不失真，設(shè)計了電平抬升電路；最后，將輸出的數(shù)據(jù)送入 MSP430單片機(jī)中進(jìn)行 AD轉(zhuǎn)換及軟件處理分析。通過調(diào)試，基本上能得到采集心電數(shù)據(jù)的數(shù)字信號。 數(shù)據(jù)存儲電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計 SD 卡的簡介 SD 卡（ Secure Digital Memory Card）中文翻譯為安全 數(shù)碼卡 ，是一種基于 半導(dǎo)體 快閃記憶器的新一代記憶設(shè)備，它被廣泛地于便攜式裝置上使用，例如 數(shù)碼相機(jī) 、 個人數(shù)碼助理 (PDA)和 多媒體播放器 等。 SD 卡由日本 松下 、 東芝 及美國 SanDisk 公司于 1999 年 8 月共同開發(fā)研制。大小猶如一張 郵票 的 SD 記憶卡 ，重量只有 2 克，但卻擁有高記憶容量、快速 數(shù)據(jù)傳輸率 、極大的移動 靈活性 以及很好的安全性。 SD 卡在 24mm32mm 的體積內(nèi)結(jié)合了 SanDisk 快閃記憶卡控制與 MLC（ Multilevel Cell）技術(shù)和 Toshiba（東芝） 及 的 NAND 技術(shù)，通過 9 針的接口武漢工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 22 界面與專門的 驅(qū)動器 相連接，不需要額外的電源來保持其上記憶的信息。而且它是一體化固體介質(zhì)，沒有任何移動部分，所以不用擔(dān)心 機(jī)械運(yùn)動 的損壞。 SD 卡 采用了 NAND 型 Flash Memory， 平均數(shù) 據(jù)傳輸率能達(dá)到 2MB/s。 SD 卡還提供不同的速度，它是按 CDROM 的 150kB/秒為 1 倍速的速率 計算方法 來計算的?；旧?，它們能夠比標(biāo)準(zhǔn) CDROM 的 傳輸速度 快 6 倍 (900 kB/秒 )，而高速的 SD 卡更能傳輸 66x (10 MB/秒 ) 以及 133x 或更高的速度。 SD 卡的結(jié)構(gòu)能保證數(shù)字文件傳送的安全性，也很容易重新格式化，所以 有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，音樂、 電影 、新聞等 多 媒體文件 都可以方便 地保存到 SD 卡中。因此不少數(shù)碼相機(jī)也開始支持 SD 卡。 MSP430 與 SD 卡的接口 設(shè)計 SD 卡有 9 個引腳，支持兩種串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，即 SD(Multimedia Card)模式和SPI(Serial Peripheral Interface)模式。在 SPI 模式中，通過 4 條信號線完成數(shù)據(jù)的傳輸。這 4條信號線分別是時鐘 SDCLK、數(shù)據(jù)輸入 SDDI、數(shù)據(jù)輸出 SDDO 和片選 SDCS。 MSP430通過 口輸出 SDEN 控制三極管的關(guān)斷，在儀器待機(jī)時切斷接口電路的供電，降低系統(tǒng)功耗。 MSP430 與 SD 卡的接口電路如圖 411 所示。 圖 411 MSP430 與 SD 卡 接口原理圖 武漢工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 23 按照我們設(shè)計的系統(tǒng) ， 以采樣率為 200Hz， 每個采樣點(diǎn)分辨率為 12 位 ， 在不壓縮的情況下 ， 1 個采樣點(diǎn)占 2 個字節(jié)的空間，那么進(jìn)行一天的連續(xù)記錄所需要的空間為 ： 2 200(B/s) 3600( s/h) 24(h)=345600(B)=32. 96MB。 這樣 ， 我們只需一個 64MB 的 SD 卡 ， 即可滿足 1天多的記錄要求。 小結(jié)：介紹 了 SD 卡 的相關(guān)知識及 MSP430 與 SD 卡的接口設(shè)計。 數(shù)據(jù)回放電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （ 1）數(shù)據(jù)回放系統(tǒng)原理 本系統(tǒng)的基本原理如圖 412 所示。圖中的數(shù)據(jù)文件是指從 SD 卡存儲器出來的心電波形的數(shù)字形式；數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置是將數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)化為模擬信號的設(shè)備，它可以通過控制模擬信號的刷新率和幅值等參數(shù)來模擬試驗現(xiàn)場；信號調(diào)理模塊主要是對模擬信號作適當(dāng)?shù)奶幚硪詽M足項目要求，如高低通濾波、直流 /交流耦合等。 （ 2）系統(tǒng)硬件構(gòu)成 系統(tǒng)硬件主要有 PC 機(jī)、數(shù)模轉(zhuǎn)換卡以及信號調(diào)理模塊組成。其中，數(shù)模轉(zhuǎn)換卡選用NI 公司的 PCI6713 數(shù)模轉(zhuǎn)換卡。它的主要技術(shù)指標(biāo)為：八通道模擬輸出，精度為 12 為；最大刷新率為 1MS/s；模擬輸出幅值范圍為正負(fù) 10V；內(nèi)部最大時鐘頻率為 20MHz；其數(shù)據(jù)傳輸方式可為 DMA 傳輸、中斷傳輸以及可編程 I/O 口傳輸；卡上的 FIFO 大小為 16384 圖 412 數(shù)據(jù)回放原理圖 個采樣點(diǎn)。 8 通道信號調(diào)理模塊對所要測試的動態(tài)信號進(jìn)行各 種調(diào)理，如程控增益、抗混濾波、 AC/DC 耦合等，同時可對帶有內(nèi)置放大的傳感器提供恒流源輸出。每個模塊內(nèi)裝有單片機(jī)及存儲器，各通道的參數(shù)均由軟件進(jìn)行控制，可在線進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。 在硬件的選取過程中，要注意硬件本身特性對數(shù)據(jù)回放系統(tǒng)可能產(chǎn)生的一些影響。例如，在試驗現(xiàn)場用 16 位精度的數(shù)據(jù)記錄儀記錄傳感器產(chǎn)生的信號，而在數(shù)據(jù)回放時卻使用 8 位精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置，那么最終可能達(dá)不到模擬試驗現(xiàn)場的目的。 數(shù)據(jù)文件 數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置 信號調(diào)理模塊 信號輸出 武漢工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 24 小結(jié)：本電路主要是實(shí)現(xiàn)心電信號的回放，使用到了數(shù)模轉(zhuǎn)換卡。經(jīng)過調(diào)試，基本上能完成對采集到的信號進(jìn)行回放顯示。 顯 示電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計 TFT LCD 控制模塊特點(diǎn)： 支持 8 位并行 MCU 接口和 SPI 接口。適合一般 51 單片機(jī)和 ARM 單片機(jī)使用。 輸入具有雙緩沖功能，可獲得較高的寫入速率和正確的顯示效果。 16 位并行 RGB 輸出接口，可支持 8 位（ 256 色）顯示或 16 位（ 65K 色）顯示。 輸出時序具有高穩(wěn)定性，抗干擾能力強(qiáng)。 具備 2 頁顯示頁面，切換不閃爍，編程簡單。 支持 320 2 640 480、 800 600 等多種分辨率。 TFT LCD 控制模塊由 CPLD 產(chǎn) 生穩(wěn)定的 TFT 時序驅(qū)動 LCD 面板，以及 SDRAM（顯存）時序讀取顯存的數(shù)據(jù)。并能接受 MCU 寫入的數(shù)據(jù)，保存到 SDRAM 的指定位置。 TFT LCD 控制模塊與單片機(jī)的連接如圖 413所示： 圖 413 TFT LCD 控制模塊與單片機(jī)的連接圖 TFT LCD 控制模塊可以通過用戶板的薄膜電纜供電。支持 的 MCU；驅(qū)動 的LCD 屏。并可通過薄膜電纜給 LCD 提供 5V 背光電源 使用單片機(jī)驅(qū)動 TFT 液晶顯示屏，具體有如下兩 個方案： 1.）單片機(jī)并行性總線驅(qū)動 TFT 液晶顯示屏 其核心電路均采用大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷O(shè)計，全硬件實(shí)現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠，產(chǎn)品一致性好。采用簡單的并行總線方式與 51 單片機(jī)、 AVR、 DSP、 PIC、 ARM 等 CPU 直接連接，信號包括數(shù)據(jù) D[7： 0]、地址 A[1： 0]、片選 /CS、寫 /WR、讀 /RD。只需要對該顯示器的點(diǎn)進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù) ,便可出現(xiàn)彩色的文字或者圖形。 2.）單片機(jī)串口驅(qū)動 TFT 液晶顯示屏 可選 RS232 和 485 接口，用戶接線僅僅需要 VCC、 GND、 RXD 三根線，通訊波特率從 1200— 115200 可調(diào) ，開發(fā)人員只需要熟悉產(chǎn)品的通訊協(xié)議，進(jìn)行二次開發(fā)即可，不需 MSP430 TFTLCD 控制模塊 TFT 液晶屏 武漢工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 25 要編寫底層的驅(qū)動程序，而且相關(guān)的操作代碼直接在上位機(jī)軟件上復(fù)制就行。 1G 的內(nèi)存空間，圖片存儲量不受限制。 電源電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計 無線心電監(jiān)測系統(tǒng)需要 3 種電源電壓，即：心電信號的放大、濾波電路需要 5V電壓，無線發(fā)送模塊需要 4V電壓，其它模塊需要 3． 3V電壓。為此，選用 RICHTEK公司的 RT9278。RT9278 封裝尺寸小，轉(zhuǎn)換效率高，輸出電流高達(dá) 2A。無線心電監(jiān)測系統(tǒng)采用一種輸入電壓．通過調(diào)整 RT9278 的外圍電路可以輸出 O～ 20V 之間的多種輸 出電壓，很好滿足多電壓混合系統(tǒng)的設(shè)計。由于無線心電監(jiān)測系統(tǒng)要求能夠?qū)崿F(xiàn) 24h 的連續(xù)心電監(jiān)測，并且能夠很方便，所以在電源供電方式上選用可充電的 2 200mAh、 鋰電池。為了達(dá)到系統(tǒng)的低功耗設(shè)計。在采集處理模塊和無線發(fā)送模塊均采用了低功耗設(shè)計，即工作狀態(tài)時上電、休閑狀態(tài)時掉電模式。通過實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，便攜式心電實(shí)時監(jiān)護(hù)儀正常工作時平均電流小于75mA，因此選用 2 200mAh 鋰電池能夠很好的滿足監(jiān)護(hù)儀連續(xù) 24h 的工作需要。 武漢工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 26 第五章 軟件設(shè)計 數(shù)據(jù)采集電路軟件設(shè)計 在系 統(tǒng)上電后， cs 必須從高變到低后開始一次 I/O 周期。 EOC 開始為高，輸入數(shù)據(jù)寄存器被置為全零。輸出數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容是隨機(jī)的，并且第一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果將被忽略。為了對器件初始化， cs 被轉(zhuǎn)為高再回到低后開始下一次 I/O 周期。在器件從掉電狀態(tài)返回后的第一次轉(zhuǎn)換，由于器件的內(nèi)部調(diào)整，讀數(shù)可能不準(zhǔn)確。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)流程圖 如 圖 51 所示。 系 統(tǒng) 上 電系 統(tǒng) 初 始 化 通 道 、 時 鐘 、 極 性 設(shè) 定 采 集 通 道 m ＝ 0A / D 轉(zhuǎn) 換 程 序返 回 數(shù) 據(jù) A d R e s u l t ＝ d a t a h * 2 5 6 + d a t a l 到 單 片 機(jī)m + + ， 通 道 值 是 否 大 于 1 4NY 圖 51 數(shù)據(jù)采集部分程序流程圖 采集 程序設(shè) 計為一個循環(huán)程序，在一個循環(huán)中完成以下工作： A/D 轉(zhuǎn)換器 通過 AD_DIN從單片機(jī)接收 命令字 選取通道、時鐘和極性 ， 然后進(jìn)入采樣周期，在 I/O 周期的最后一個I/O CLOCK 下降沿之后， EOC 變低，采樣值保持不變，轉(zhuǎn)換周期開始，片內(nèi)轉(zhuǎn)換器對采樣值進(jìn)行逐次逼近 A/D 轉(zhuǎn)換，其工作由與 I/O CLOCK 同步的內(nèi)部時鐘控制。轉(zhuǎn)換完成后 EOC變高，轉(zhuǎn)換結(jié)果鎖存在輸出數(shù)據(jù)寄存器中，待下一個 I/O 周期輸出。當(dāng)下一個 I/O 周期開始時， A/D 轉(zhuǎn)換器將 上一次的 轉(zhuǎn)換結(jié)果 從 AD_OUT 串行輸入到單片機(jī)的外部存儲器中。 武漢工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書