基于自动增益放大的便携式心电监护仪设计.pdf

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1、东北石油大学学报第37卷第3期2013年6月JOURNALOFNORTHEASTPETROLEUMUNIVERSITYVo1．37No．3Jun．2013基于自动增益放大的便携式心电监护仪设计凌振宝，黄越，李肃义(吉林大学仪器科学与电气工程学院，吉林长春130026)摘要：针对心电监护仪监测运动状态时易出现心电信号饱和现象，改进系统硬件电路，设计一种基于自动增益放大的便携式心电监护仪，选择合适前置放大及右腿驱动电路放大源信号，利用高通和低通滤波电路过滤信号噪声；加入以AD603芯片为核心的自动增益控制电路，通过调整放大倍数，自动调节采集心电信号幅值，避免出

2、现饱和现象．实验结果表明，系统能够自动识别运动中的心电信号，并且失真度较小，能够为监测早期冠心病等心脏系统疾病提供准确结论．关键词：心电监测；自动增益；便携式；控制电路；信号；饱和中图分类号：TH789文献标识码：A文章编号：2095—4107(2013)03—0105—070引言心脏疾病具有偶然性和突发性l_】]，早期冠心病患者经常出现心脏异常现象．心脏疾病主要采用心电监测技术协助诊断并预防．心电信号是心脏在每个心动周期中，由起搏点、心房和心室等相继兴奋所伴随的生物电变化，是带宽为0．05Hz至100．00Hz的微弱电信号，其中混有人体生物电及其他外部电

3、磁环境等干扰_2]．从环境干扰噪声中提取微弱的心电信号是心电监测系统设计的关键．心电监测技术较为成熟，如清华大学已经研制具有报警功能和长时间心电信号记录的家庭心电血压监护系统，山东大学医院建立心脏远程监护中心l3]．在运动状态下监测心电信号过程中，由于被监测者的呼吸、行动，以及仪器电极接触点的松紧等原因产生各种干扰]，导致采集的心电信号饱和，影响信号稳定性，给诊断带来很大难度]．解决方法主要依靠人工识别，难以获得准确可靠的诊断结论]．针对动态心电监护仪心电监测信号放大饱和问题，在心电监护系统的硬件电路中加入自动增益控制电路，控制放大倍数，改变输出幅度，抑制

4、信号饱和现象，实现运动状态下心电信号监测．该系统不影响被监测者日常生活l_7]，同时监测心脏是否出现异常，可提前发现心脏疾病隐患，为早期冠心病和其他心脏疾病的监测提供依据_8]．1系统构成与功能基于自动增益放大的便携式心电监护仪硬件系统结构包括：(1)心电信号采集处理模块，由前置放大及右腿驱动电路、滤波电路和后级放大电路组成，主要功能为对心电信号进行采集和放大滤波处理，消除源信号中的干扰，形成可利用的心电信号．后级放大电路中设计有自动增益控制电路，可实现自动调节增益、防止因信号突变产生的信号饱和现象．(2)单片机控制模块，由A／D转换电路和51单片机组成，

5、功能为将处理后的心电信号进行A／D转换并储存，然后通过串口传给PC机．(3)电源管理及充电模块，包括锂电池充电电路及电源电压转换电路，系统的工作电源采用锂电池供电，并带有充电功能，以保证电池的续航．(见图1)．收稿日期：2013—03—06；编辑：张兆虹基金项目：吉林省科技厅重点项目(20100350)作者简介：凌振宝(1966一)，男，硕士，教授，主要从事传感器技术应用方面的研究东北石油大学学报第37卷2013年导联电路图1系统总体设计框图Fig．1Thewholesystemstructurediagram2硬件设计2．1心电信号采集处理模块2．1．1

6、前置放大及右腿驱动电路前置放大电路在心电检测硬件系统中起关键作用，决定整机主要技术指标，需满足高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声和低漂移的要求]．电路采用ADI公司生产的AD620芯片，技术指标：输人阻抗为10GQ；最小共模抑制比为93dB；电源范围较宽，为一18．0±2．3～18．0-+-2．3V；体积小，功耗非常低(最大供电电流为1．3mA)；选择增益范同大，为1．0×10～1．0×10。，可通过调整芯片引脚1和8之间外接电阻阻值R控制放大倍数G，G—R。／R+1，其中R。为常量，R。一49．4kf1．由于信号源阻抗极高和器件便携性特点，要求采用低功耗、

7、低供电电压的放大器设计心电监测电路，AD620是满足设计要求的器件之一；但电极的极化电压形成的差动信号易造成运算放大器输出信号饱和．为避免极化电压影响，需合理选择前置放大电路增益范围．文中设计电阻为10kfl，即放大约6倍．为提高前置放大电路的共模抑制比，在前置放大电路中加入右腿驱动电路(见图2)．来自导联电极的心电信号混有人体肌电和呼吸等生物噪声、电极接触噪声、工频50Hz谐波干扰噪声、其他外界高频电磁干扰噪声等，其中工频50Hz干扰噪声较强，为共模干扰，由输入电路不对称引起的电压分配效应所产生．为消除导联电极共模干扰，设计右腿驱动电路．将导联电极输入的

8、共模电压送至右腿驱动电路放大器反向放大，经限流电阻接到右腿驱动电路