心電監(jiān)護(hù)儀設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 心電監(jiān)護(hù)儀的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1、設(shè)計(jì)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)的心電信號采集、處理和顯示系統(tǒng)。2、能記憶當(dāng)前時(shí)刻前若干秒的數(shù)據(jù)，由設(shè)計(jì)者確定參數(shù)。3、數(shù)據(jù)回放功能。4、軟件數(shù)字濾波，計(jì)算瞬時(shí)心率，并在led數(shù)碼管上顯示出來。5、報(bào)警參數(shù)設(shè)計(jì)，通過軟件實(shí)現(xiàn)當(dāng)心率輸入大于某個(gè)固定值時(shí)，報(bào)警裝置工作。二、總體方案論證采集到的心電信號有如下特點(diǎn)：信號弱、信噪比低、信號源阻抗大、電磁干擾大、信號頻率低等特點(diǎn)，然后經(jīng)過放大濾波電路，放大濾波電路由前置放大電路、后級放大電路、濾波及功率放大電路組成，此時(shí)得到的是放大的模擬信號，需要轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，因此要再經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字信號，再經(jīng)單片機(jī)系統(tǒng)處理，

2、最終在led液晶屏上顯示?？傮w方案設(shè)計(jì)流程如圖所示 人體 右腿驅(qū)動電路前置放大器+5v電源 高通濾波50hz陷波主放大器ad轉(zhuǎn)換低通濾波鍵盤單片機(jī)最小系統(tǒng)lcd液晶顯示屏三、硬件電路設(shè)計(jì)（1）前置放大電路前置放大電路是心電信號采集的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，由于人體心電信號十分微弱，噪聲強(qiáng)且信號源阻抗較大，加之電極引入的極化電壓差值較大，因此，通常要求前置放大器具有高輸入阻抗、高共模抑制比、低噪聲、低漂移、非線性度小、合適的頻帶和動態(tài)范圍等性能。為達(dá)到心電放大器的上述技術(shù)要求，本設(shè)計(jì)選用了ad公司的儀表放大器ad620作為前置放大器的核心器件，并且采用了差動輸入的方式。同時(shí)考慮到心電信號中混雜著比其幅度大得多

3、的直流信號，太大的前置放大器增益會影響電路的直流穩(wěn)定性，為了保證前置放大器不工作在截止區(qū)或飽和區(qū)，因此設(shè)計(jì)的第一級放大倍數(shù)為10倍，如下圖所示（2）右腿驅(qū)動電路抗干擾電路的共模抑制比主要由心電前置放大器決定，而ad620的140db（g10）的共模抑制比符合我們的設(shè)計(jì)要求。為了進(jìn)一步提高前置放大器的共模抑制比同時(shí)抑制50hz工頻干擾，設(shè)計(jì)了由以及、和構(gòu)成激勵(lì)系統(tǒng)電路。人體的共模電壓被兩個(gè)阻值相等的電阻、檢測出，經(jīng)過將其倒相、放大并反饋到人體上。這是個(gè)負(fù)反饋，其使共模電壓降低。人體的位移電流不流到地，而是流到運(yùn)放輸出電路。就心電放大器來說，這樣就減小了共模電壓的拾取，并且有效地使病人接地。(3)

4、 高通濾波電路由于電極極化電壓的不平衡、前置放大器的失調(diào)漂移以及人體動作等因素，前置放大器輸出的心電信號中除了夾雜不少工頻干擾外，還有很大的直流或低頻分量，這不僅會引起心電信號的基線漂移，也不利于后續(xù)電路的處理，因此設(shè)計(jì)了一個(gè)二階巴特沃斯高通濾波器來濾除這些直流和低頻分量，如下圖所示。由于心電信號頻率下限為0.05hz，為了不損失其低頻分量，高通濾波器的截止頻率設(shè)定為0.05hz。具體參數(shù)設(shè)計(jì)為：fc，av ，c2 c3 20u，r14 112.5，r6 225.1。(3)50hz陷波器設(shè)計(jì)50hz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千擾具有較強(qiáng)的抑制作用，但有部分工頻干擾是以

5、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。為了去除人體或測試系統(tǒng)中產(chǎn)生的工頻干擾，需用帶阻濾波器加以抑制。本電路采用的是二階巴特沃斯帶阻濾波器，其電路如下圖所示。具體參數(shù)設(shè)計(jì)為：fc50，c1 c2 1uf，c5=c6 ，r7 0.318，8 31.83，r9 0.316。(4) 主放大器設(shè)計(jì)心電信號的幅度一般在左右，而轉(zhuǎn)換器的輸入范圍為，所以在陷波之后采用了一級同相比例放大電路來提高增益，其電路如圖所示。圖中主放大器的增益為倍，又前置放大有倍的放大，所以最終放大倍數(shù)約為倍，滿足信號到的轉(zhuǎn)

6、換要求。下圖為主放大原理圖（5）低通濾波器設(shè)計(jì)經(jīng)放大后的心電信號中除了混有較高頻率的肌電干擾外還有開關(guān)電容濾波帶來的開關(guān)噪聲。為了得到較好的輸出信號，在主放大級后設(shè)計(jì)一個(gè)低通濾波器。由前面可知，心電信號的大部分有用信息在0.05hz10hz之間，所以截止頻率取fc100hz。理想低通濾波器的巴特沃思近似是根據(jù)假定：零頻處的響應(yīng)平坦度比其它頻率處的更重要。其歸一化傳遞函數(shù)是全極點(diǎn)型的，它的全部根都在單位圓上，在頻率處的衰減為。根據(jù)巴特沃思二階低通濾波的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)的低通濾波電路如圖所示。具體參數(shù)設(shè)計(jì)為fc=100hz,c7=0.1m，av，c80.033uf，r1414.22，r1353.99k。

7、(6) +5v電源電路對于電源來說，由于單片機(jī)和其他許多集成芯片都需要5v供電，而我們常用的是220v的市電，所以我們要將220v的市電轉(zhuǎn)換為5v。下圖次設(shè)計(jì)采用的+5v電源電路（7）ad轉(zhuǎn)換a/d轉(zhuǎn)換器的種類繁多，性能各異，只要滿足設(shè)計(jì)要求都可以選。本次設(shè)計(jì)我們采用了ad1674。ad1674是美國ad公司推出的完整的12位并行模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，有集成度高，性能良好的優(yōu)點(diǎn)，因而降低成本，提高系統(tǒng)可靠性。下圖本設(shè)計(jì)連接的ad1674。（8）單片機(jī)最小系統(tǒng)及拓展存儲器對于單片機(jī)的選擇沒有特別的要求，我們采用了8031單片機(jī)的最小系統(tǒng)。如下圖（9）lcd液晶屏考慮到本設(shè)計(jì)的要求，我們選用lcd1286

8、4帶中文字庫的lcd12864 是一種具有4 位/8 位并行、2 線或3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體 中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 內(nèi)置8192 個(gè)16*16 點(diǎn)漢字，和128 個(gè)16*8 點(diǎn)ascii 字符 集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示84 行1616 點(diǎn) 陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶 顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。如下圖所示（10）鍵盤在組成人機(jī)通道時(shí)用了可編程鍵盤、顯示接口芯片8279。8279是一種通用的可編程的鍵盤/顯示器接口器件，可對64個(gè)開關(guān)組成的鍵盤矩陣進(jìn)行自動掃描，接收鍵