心电监护仪设计

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1、心电监护仪的设计实验QYK电子信息工程温州医科大学一、系统功能要求1、设计一个标准导联的心电信号采集、处理和显示系统。2、能记忆当前时刻前若干秒的数据，由设计者确定参数。3、数据回放和打印功能。4、软件数字滤波，计算瞬时心率，并在LCD12864液晶显示器上显示出来。5、报警参数设计，通过软件实现当心率输入大于某个固定值时，报警装置工作。二、总体论证（1）总体方案确定心电信号作为心脏电活动在人体体表的表现，信号一般比较微弱，幅值范围0.5-5mV，带宽0.05-100Hz，因此极易受环境影响。在采集的心电信号中，常常掺杂着各种干扰，这些来源于心脏以外的干扰信号会使心电信号在周期和形态上发生

2、畸变，噪声严重时可完全淹没心电信号。为了正确进行测量、波形识别和病征诊断，就必须抑制这些干扰。而抑制干扰的主要方法是通过各种滤波器进行滤波。考虑到心电信号的幅值很低，不能使AD芯片正常采样，因此就必须放大体表的心电信号。最后将经过滤波、放大、AD转换后的信号输入到单片机中进行处理，得到并显示人体的生理参数。1.采样方法选择一般临床上使用的心电采集分为胸导联和肢体导联，其中又以肢体导联最为普遍。肢体导联分为标准导联Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和加压单极肢体导联aVR、aVL、aVF。标准导联为双极肢体导联，反映其中两肢体之间电位差变化。而加压单极肢体导联属单极导联，基本上代表检测部位电位变化。本系统将选取标准

3、导联的三种导联作为心电监护仪的采样方式。2.系统组成本系统主要由模拟部分和数字部分组成。在模拟部分中考虑到心电信号的微弱和易受干扰等特点，在设计系统组成时便不得不考虑到对信号的优化和处理，所以在信号采集和处理是本部分的重要环节。首先，由于心电信号只有0.5-5mV，远远低于AD采用的幅值范围。因此需将采集的信号进行放大，为了减少噪声且增加共模抑制比，此单元采用常见的分级放大。同时因为电极是直接与皮肤接触的，基于安全考虑，将在前级放大和后级放大之间用光耦器件进行隔离，保证了测量者的人身安全。在数字部分中通过AD芯片将处理好的信号转变为数字信号并存入单片机中，经过单片机的处理后将测得的数据显示

4、在液晶屏上，也可通过与微型打印机的连接将数据打印出来进行分析。（2）确定系统功能本系统以实现设计任务基本要求为重点，力求在满足主要性能指标的基础上实现系统的最佳性价比，对于系统改进和功能扩展将在最后讨论。根据设计任务的基本要求，本系统应具有以下几种基本功能：*可以采集、处理并显示心电信号。*可以显示当前时刻前若干秒的数据，时间参数由设计者确定。*可以进行数据的储存并回放。*可以进行数据的打印。*具有报警功能，通过软件实现当心率输入大于某个固定值时进行报警，固定值由使用者确定。三、系统设计（1）软、硬件功能划分1.速度估算由于心电信号的频率主要在0.02—100Hz，处于较低的频率范围。根据

5、奈奎斯特采样定理，采样频率应大于信号中最大频率的两倍，并且在实际应用中采样频率应为5—10倍。以10倍最大信号频率(1KHz)为采样频率来说，采样的时间间隔为1ms或更长时间。由此可见，对于采样间隔为10us的AD采样芯片而言，速度完全满足要求。2.软、硬件功能划分为了简化系统硬件、降低硬件成本、提高系统灵活性和可靠性，有关数据处理分析、数据存储及大部分控制过程都可由软件来完成。硬件的主要功能是心电信号的采集、放大、滤波及A/D转换等。另外，人机通道功能由系统软、硬件配合完成，以降低软件设计的复杂性及缩短系统的研制周期。（2）系统功能划分、指标分配和框图构成根据系统总体方案，系统主要由以下

6、三个模块组成，总体框图如下图所示。1.单片机基本系统单片机系统是整个控制系统的核心，它完成整个系统的信息处理及协调控制功能。由于系统对运行速度和功能要求都无特别之处，因此可以选用目前广泛使用的MCS-51系列单片机8031。8031单片机可以提供系统控制所需的中断、定时以及存放中间结果的RAM电路，但片内没有程序存储器，因此单片机基本系统中除了应包括的复位电路和晶振电路外，还应扩充程序存储器。同时考虑到本系统具有数据回放功能，故还需扩充一片片外数据存储器。2.前向通道前向通道是信息采集的通道，主要包括传感器、信号放大滤波、A/D转换等电路。由于心电信号的频率为0.02—100Hz，相对而言

7、变化比较快，因此需要在前向通道中设计采样保持电路。3.人机对话通道人机对话通道主要由键盘、LCD液晶显示和打印机组成。为了完成设定时间参数以及警报心率参数和打印等功能，满足显示心电波形等要求，键盘可由10个数字键及6个功能键组成（确认、取消、设定时间、设定心率、切换显示、打印）。波形显示由LCD12864液晶显示，分别显示心率及波形，由“切换显示”按键进行切换显示。打印功能由微型打印机完成，可以打印给定的时间的心率数据。