心电数据采集系统设计

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1、加我为好友QQ：546186572摘要心电图是临床疾病诊断中常用的辅助手段，心电数据采集系统是心电图检测仪的关键部件，因此，实时、无失真地提取心脏的电信号，具有十分重要的意义。由于心电图诊断技术成熟、可靠，操作简便，价格适中，对病人无损伤等优点，在各医院中得到普及。心电图已应用于各个层次的医疗机构的临床和科研中，特别是人们对其的深入认识和广泛用于临床中的各种疾病。心电图机的非创伤性和多功能化，使心电图不局限于心脏疾患的范围，而且可用于临床电解质监测，非心脏疾病的鉴别诊断等等。随着人们生活节奏的加快和生活方式的改变，心血管疾病的发病率不断上升，心电图也将在今后

2、相当长的时间内突显其重要性。心电图机正向着多通道，数字智能型，网络共享型等方向快速发展。本设计利用单片机和A/D转换器以及多路模拟开关设计了一种多路心电数据采集系统。关键词：心电；数据采集；信号放大；51单片机；A/D转换21加我为好友QQ：546186572目录1心电信号概述21.1心电信号的形成21.2心电信号的特点21.3心电信号的常见噪声32系统设计原理43心电数据采集电路的实现63.1导联线输入缓冲电路的设计63.2心电信号放大电路的设计73.3带通滤波电路的设计103.4信号调理电路113.5主放大电路及电平抬升电路的设计133.6单片机电路及存

3、储回放的实现144软件设计1621加我为好友QQ：5461865721心电信号概述1.1心电信号的形成心脏是由大量心肌细胞组成的一块心肌，整个心脏的退极化与复极化是许多心肌细胞退极化和复极化的结果。心肌细胞除极和复极的电生理现象是心脏运动的基础。由心脏内部产生的一系列非常协调的电刺激脉冲，分别使心房、心室的的肌肉细胞兴奋，使之有节律的舒张和收缩。心脏周围的组织和液体都能导电，因此可将人体看成为一个具有长、宽、厚三度空间的容积导体。心脏好比电源，无数心肌细胞动作电位变化的总和可以传导并反映到体表。心脏运动在体表的不同部位形成不同的电位差，通过体表可以检测到这种

4、电位差信号，从而采集到心电数据信号。1.2心电信号的特点（1）微弱性：从人体体表拾取的心电信号很微弱，一般只有0.05mV～5mV。（2）不稳定性：人体电信号处于动态变化之中。由于人体是一个与外界有密切关系的开放系统，加之内部器官间的相互影响，所以，无论来自外部或者内部的刺激，都会使人体因适应这种变化，而从一种状态变化到另一种状态，从而使人体信号发生相应的变化。因此，在对心电信号进行测量、分析和处理时，应该注意到它是随时间变化的信号，应按其频谱特性，选择适当的放大系数和显示记录装置。(3)21加我为好友QQ：546186572低频特性：人体心电信号的频谱范围

5、主要集中在0.05～100Hz，分布的带宽范围有限，其频率是比较低的。(4)随机性：人体心电信号是反映人体机能的信号，它是整个人体系统信息的一部分。由于人体的不均匀性以及可接收多通道输入，信息易随外界干扰而变化，从而使心电信号表现出随机性。1.3心电信号的常见噪声心电信号具有微弱、低频、和高阻抗等特性，极其容易受到干扰，所以分析干扰的来源，以便采取相应的滤除措施，是数据采集重点考虑的一个问题。常见干扰有如下几种：1)．工频干扰。由于供电网络无所不在，因此50Hz的工频干扰是最普遍的，也是心电信号的主要干扰来源。它主要通过人体和测量系统的输入导线的电容性耦合，

6、以位移电流的形式引入，其强度足以淹没有用的心电信号。2)．呼吸引起的基线漂移和ECG（心电信号）幅度改变。呼吸引起的基线漂移可以看成是一个以呼吸的频率加入ECG信号的窦性成分(正弦曲线)。这个正弦成分的幅度和频率是变化的。呼吸所引起的ECG信号的幅值的变化可以达到15％。基线漂移的频率约是从0.1Hz~0.3Hz。3)．高频电磁场干扰。随着无线电技术的发展，各种频段的无线电广播、电视发射台、通讯设备、雷达等的工作使空中的电磁波大量增加。这些高频电磁干扰也可通过测量系统与人体连接的导线引入，可能引起测量结果的不稳定，严重时会使测量系统不能工作。4)．电极极化干

7、扰。心电的获取是通过在人体体表放置电极来进行的。与电极接触的是电解质溶液21加我为好友QQ：546186572(导电膏、汗液或组织液等)，从而会构成一个金属—电解质溶液界面，因电化学的作用，在二者之间会产生一定的电位差，称之为极化电压。极化电压的幅度一般较高，在几毫伏到几百毫伏之间。当两电极状态不能保持对称时，极化电压就会产生干扰，特别是在电极与皮肤接触不良以致脱落的情况下更为严重。5)．肌电干扰。兴奋和收缩是肌肉的最基本功能，在神经系统的控制下，肌肉机械性活动并伴随有生物电活动。这些生物电活动产生的电位差随时间变化的曲线即为肌电图。肌电通常是一种快速的电变

8、化，其频率范围为20~5000Hz。6)测量设备本身