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基于ARM7的新型嵌入式心电监护仪的研制

作者:时间:2014-11-27来源:网络收藏

  摘要:本文介绍了一种新型便携式心电监测仪的软硬件设计,基于ARM核的32位低功耗微处理器作为系统控制核心,系统采用源码公开的嵌入式操作系统,可实现心电信号的实时显示和远程监测,具有轻便节能、功能强大,安全稳定等优点。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/266068.htm

  关键词:心电ECG ARM 液晶显示屏 TCP/IP协议

  一、绪论

  心血管疾病是目前对人类危害最大的一种疾病,而心电图是检查、诊断和预防该类疾病的主要手段和依据。由于传统的基于PC机平台的心电监护仪,价格昂贵,体积庞大,不便于移动且主要集中在大医院,而无法实时监护患者的病情,给医生和病人带来了很大的不便。近年来,随着嵌入式和网络通讯技术的飞速发展,我们研制出一种基于处理器的新型嵌入式心电监护仪,它采用Samsung公司的一款TDMI核的RISC的32位高速处理器S3C44B0X,具有成本低、体积小、可靠性高、操作简单等优点,适用于个人、中小医院和社区医疗单位,为家庭保健(HHC)和远程医疗(Telemedicine)等新兴的医疗途径提供良好的帮助与支持。

  二、系统的工作原理

  

 

  图一 新型嵌入式心电监护仪的系统结构框图

  心电信号通过专用电极从人的左右臂采集到后,送入信号调理电路,先经过前置放大器初步放大,经高通滤波滤除直流信号及低频基线干扰后,由后级放大器放大,再经滤波器进一步滤除50HZ的工频干扰,经低通滤波器后得到符合要求的心电信号,由模拟信号输入端送入ADC,进行高精度的A/D转换。为了更好的抑制干扰信号和防止导联松动及脱落,我们在电路中还引入了右腿驱动电路和导联脱落检测电路。系统控制核心采用Samsung公司的S3C44BOX,液晶显示屏(LCD)建立良好的人机交互界面,采集到的信号可以通过LCD实时显示和回放,数据通过因特网基于TCP/ IP(传输控制协议、网际协议) 顺序可靠地传输数据到心电监护中心,为医护人员及时准确的诊断提供参考。嵌入式实时操作系统采用现在流行的uClinx,管理协调各模块工作,为系统可靠的运行提供保证。

  三、系统硬件模块设计

  3.1、信号调理电路

  信号调理电路主要包括:放大器、带通滤波器、陷波器等。

  

 

  图二 心电前置放大电路

  人体心电信号属于强噪声背景下的低频微弱信号,一般只有0.05-5mV,频谱范围为:0.05-100HZ,心电信号正常输出时其幅值约为1mV,而A/D转换器的输入电平要求到达1V左右,即心电放大倍数约为1000倍,由于肌电干扰可能造成前置放大器静态工作点的偏移,甚至截至饱和,所以前置放大器的增益不能太大。我们选用AD620仪表放大器作为系统前置放大器,它具有低噪声、低漂移、高共模抑制比、高输入阻抗等特点。它的增益通过1脚和8脚的电阻Rg来调节,可达1-100倍,计算公式为:G=49.4 /Rg+1。我设计初级放大倍数在七级左右,选用精度为0.01%,阻值为8.25 的精密线绕电阻,后级选用TL064将信号放大到A/D转换器的输入电平要求。

  

 

  图三 心电后级放大及滤波电路

  为抑制直流漂移和放大器通带外的低频噪声,设计一个RC高通滤波器;因心电信号的频率在100HZ以下,为消除高频信号和50HZ的工频干扰,还设计了低通滤波和带阻滤波器。

  为防止导联松动和脱落,设计导联检测电路,电极脱落时,比较器的输出电平由正常的高电平变为低电平,产生报警信号,提醒患者检查导联。右腿驱动电路,人体共模电压检测出后,经倒相放大反馈到人的右腿上,而没有直接与放大器的地相联,这样人体的位移电流不流到地,而是流到运放的输出端,对AD620减小了共模电压的拾取。

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关键词: ARM7 uClinux

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