简易观察心电信号检测仪的设计
随着社会的发展和物质生活水平的不断提高，人们对健康的重视程度与日剧增，特别是近年来社会老龄化的加剧，而且每年心血管疾病的发病率也不断上升。目前心血管疾病成了威胁人类生命的主要疾病，心脏病已经成了世界上死亡率最高的疾病。鉴于这种严峻形势，提高预防和监测该疾病的手段势在必行。而心电信号检测是发现心脏病的最直接手段，但目前医院用的心电监护仪价格昂贵，维护费用高，患者检查的经济负担重，不能做到随时随地都能检查。因此设计一种便携式、价格便宜且实用的心电监护仪器具有重要意义。本文设计了一种基于以MSP430F2274为处理器的可以随时随地都能观察心电信号检测仪，它具有体积小、成本低、便于携带、实用性强等特点。
1系统设计
1．1放大部分
心电信号大约为50μV～4mV，须进行放大才能在示波器上观察。心电图(ECG)仪的前置放大在整机中处于非常重要的地位，决定了整机的主要技术指标，要求噪声低、共模抑制比尽量可能高。
采用低噪声、低功耗，有良好的共模输入抑制能力的仪表放大器INA2331。INA2331可单电源工作，也可以双电源工作，可用两个外部电阻灵活地设定增益，达到电压放大倍数200，500，1000的指标要求，简化了电路的设计，达到较好的效果。
1．2部分
由于心电信号易受噪声的干扰，且主要能量成分集中在0．05～100Hz频
带内，所以本系统用滤波的方法对心电信号做进一步的降噪处理，抑制外界干扰，从而得到较为平滑的ECG波形。为了提高滤波的效果，采用两级滤波。因为经过放大的心电信号，主要存在肌电等干扰信号，将其送到由0．05Hz高通滤波器和500Hz／100Hz低通滤波器组成带通网络，滤除有效频带以外的信号。
1．3部分
采用TI公司的MSP430F2274作为系统控制器。MSP430系列的单片机是具有低功耗的16位处理功能的微控制器。MSP430F2274内部设有10位的ADC，可方便地实现心电信号的采集、处理、存储。可简化整个硬件电路和提高系统的性价比。
1．4系统组成
系统的总体设计框图如图1所示，整个系统可分为心电信号采集部分和信号处理部分。信号处理部分以MSP430F2274为处理器，扩展了液晶显示、按键。
2系统硬件设计
2．1前置放大电路
图2为心电信号放大电路，仪表放大器INA2331增益G与外接电阻的R1，R2的计算公式为：
设计要求电压放大倍数(三档)：200，500，1000，因此只需改变外接电阻的大小就能实现放大倍数的选择。此外还采用OP07组成的右腿驱动电路来提高前置放大的共模抑制比。
中间级放大电路采用的也是仪表放大器INA2331，电路如图3所示。
2．3低通滤波电路
采用MAX291CPA，通过改变电容值实现了500Hz／100Hz滤波器电路，各元件参数值如图4所示。通过测试输入信号的频率达到100Hz时，此时衰减为3 dB。
2．4高通滤波电路
如图5所示为0．05Hz的高通滤波电路。0．05Hz以下的信号通过时被衰
减，从而实现滤波。低频截止频率由R1，C1确定，其计算公式为：
代入数值计算得：fc=0．05Hz。
3系统软件设计
系统的软件设计采用C语言编程，在MSP430仿真软件IAR Embedded Workbench上完成了单片机系统的开发，实现了各项设计功能。主程序流程图如
图6所示。
4系统测试
对系统中的关键部分进行了实际的测试。
4．1电压放大倍数的测试
测试结果如表1所示。
结果分析：系统的放大倍数在±5％的范围内。
4．2低通滤波器测试
理论计算截止频率为500Hz，输入峰峰值为7mV的正弦波，频率调节范围为
50～550Hz，用示波器测量输出电压值，所得数据如表2所示。
4．3共模抑制比的测试嘲
选择放大倍数为1000通道，将心电信号放大器两输入导联线的短接，并输入频率为100Hz正弦信号测量结果如表3所示。
4．4人体心电信号测试
让被检测人员静卧，将电极安装在相应的部位，在电极安装前用医用酒精涂抹在电极放置部位，清洁皮肤表面，以减小电极接触电阻。测试得心电信号如图7所示。
5结语
本系统以MSP430F2274芯片为核心部件，充分利用单片机的集成资源，包括A／D、闪存FLASH和计数器，实现心电信号的处理、存储、回放，在系统
设计过程中力求硬件线路简单，充分发挥了软件编程方便灵活的特点。同时对系统的电压放大倍数、-3dB高频、低频截止频率、共模抑制比等进行测试，基本能够满足制作要求。该系统把心电信号的采集、分析和显示集成于一体，而且系统体积小，成本低，便于携带，实用性强。
课题二基于MATLABDE的心电信号分析系统的设计与仿真 一、本课题的目的 本设计课题主要研究数字心电信号的初步分析及滤波器的应用。通过完成本课题的设计，拟主要达到以下几个目的： (1)了解MATLAB软件的特点和使用方法，熟悉基于Simulink的动态建模和仿真的步骤和过程； (2)了解人体心电信号的时域特征和频谱特征； (3)进一步了解数字信号的分析方法； (4)通过应用具体的滤波器进一步加深对滤波器理解； (5)通过本课题的设计，培养学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力。 二、课题任务 设计一个简单的心电信号分析系统。对输入的原始心电信号，进行一定的数字信号处理，进行频谱分析。采用Matlab语言设计，要求分别采用两种方式进行仿真，即直接采用Matlab 语言编程的静态仿真方式、采用Simulink进行动态建模和仿真的方式。根据具体设计要求完成系统的程序编写、调试及功能测试。 (1)对原始数字心电信号进行读取，由数字信号数据绘制出其时域波形。 (2)对数字信号数据做一次线性插值，使其成为均匀数字信号，以便后面的信号分析。 (3)根据心电信号的频域特征（自己查阅相关资料），设计相应的低通和高通滤波器。 (4)编程绘制实现信号处理前后的频谱，做频谱分析，得出相关结论。 (5)对系统进行综合测试，整理数据，撰写设计报告。 三、主要设备和软件 (1)PC机一台。 (2) MATLAB6.5以上版本软件，一套。 四、设计内容、步骤和要求 4.1必做部分 4.1.1利用Matlab对MIT-BIH数据库提供的数字心电信号进行读取，并还原实际波形 美国麻省理工学院提供的MIT-BIH数据库是一个权威性的国际心电图检测标准库，近年来应用广泛，为我国的医学工程界所重视。MIT-BIH数据库共有48个病例，每个病例数据长30min，总计约有116000多个心拍，包含有正常心拍和各种异常心拍，内容丰富完整。
设计报告书 时间：2015-7-30 设计题目：心电信号放大电路
目录 一、方案论证与选择 (3) 1、心电信号前置级放大电路 (3) 2、滤波器电路 (3) 二、设计总体方案 (4) 二、电路设计 (4) 1.心电信号前置放大电路 (4) 2. 高通滤波器 (5) 三、低通滤波器 (6) 四、50Hz 陷波器 (6) 五、测试方案和结果 (7) 1.proteus仿真结果图 (7) 2.测试仪器 (8) 3.测试条件和结果 (8) 2.测试结果分析 (9) 五、设计总结 (9) 附录 (9) 参考文献： (10)
心电信号放大器设计报 摘要：心电信号等各种生理参数都是复杂生命体发出的强噪声条件下的微弱信号，其幅度在10uV-5mV 之间，经过放大1000多倍才能被观察出来。频率范围为0.05Hz -100Hz，淹没在50Hz的工频干扰和人体其他信号之中。本设计根据心电信号特征设计一个性能良好的心电放大器,能够满足心电信号检测的要求。首先从人体体表采集心电电位的变化，经前置后，通过滤波和放大，得到的心电信号能够在示波器上显示出比较清晰的波形。在设计中采用低功耗、高精度的仪用放大器，即AD620作为放大器的前置级。经前置放大器后，运用低通和高通滤波器的串联，对心电信号有效频率外的干扰进行滤波。并且采用双T网络构成的陷波器，对50Hz的工频干扰进行抑制。最后通过一个主放大将心电信号进一步放大，便于后面波形的显示。 关键词：心电信号；前置放大器；滤波；50Hz工频干扰 一、方案论证与选择 1、心电信号前置级放大电路 由于心电信号属于高强噪声下的低频微弱信号，所以要求前置放大器应具有高输入阻 抗、高共模抑制比、低噪声、低漂移、具有一定的电压放大能力等特点，选择仪表放大器即可满足要求。考虑到要求高共模抑制比、高输入阻抗和调试方便，不使用采用集成运算放大器构成的仪表放大器，而是直接使用集成仪表放大器，本设计选用低成本集成仪表放大器AD620实现。 2、滤波器电路 正常心电信号的频率范围为0.05~100Hz，而90%的心电信号频谱能量集中在0.25~35Hz之间。噪声信号来源主要有工频干扰、电极接触噪声、人为运动肌电干扰、基线漂移等，其中50Hz的工频干扰最为严重。为了消除这些干扰信号，在心电信号放大器电路中，应加入高通滤波器、低通滤波器和50Hz工频信号陷波器。 1）高通滤波器 高通滤波器选择典型的压控电压源二阶滤波器。集成运算放大器选用高精度、低漂移运算放大器OP07。 2）低通滤波器
心电放大电路实验报告 一概述 心脏是循环系统中重要的器官。由于心脏不断地进行有节奏的收缩和舒张活动，血液才能在闭锁的循环系统中不停地流动。心脏在机械性收缩之前，首先产生电激动。心肌激动所产生的微小电流可经过身体组织传导到体表，使体表不同部位产生不同的电位。如果在体表放置两个电极，分别用导线联接到心电图机(即精密的电流计)的两端，它会按照心脏激动的时间顺序，将体表两点间的电位差记录下来，形成一条连续的曲线，这就是心电图。 普通心电图有一下几点用途 1、对心律失常和传导障碍具有重要的诊断价值。 2、对心肌梗塞的诊断有很高的准确性，它不仅能确定有无心肌梗塞，而且还可确定梗塞的病变期部位范围以及演变过程。 3、对房室肌大、心肌炎、心肌病、冠状动脉供血不足和心包炎的诊断有较大的帮助。 4、能够帮助了解某些药物（如洋地黄、奎尼丁）和电解质紊乱对心肌的作用。 5、心电图作为一种电信息的时间标志，常为心音图、超声心动图、阻抗血流图等心功能测定以及其他心脏电生理研究同步描纪，以利于确定时间。 6、心电监护已广泛应用于手术、麻醉、用药观察、航天、体育等的心电监测以及危重病人的抢救。 二系统设计 心电信号十分微弱，频率一般在0.5HZ-100HZ之间，能量主要集中在17Hz附近，幅度大约在10uV-5mV之间，所需放大倍数大约为500-1000倍。而50hz工频信号，极化电压，高频电子仪器信号等等干扰要求心电信号在放大的过程中始终要做好噪声滤除的工作。下图为整体化框图。 三具体实现 电路图如下： 1 导联输入： 导联线又称输入电缆线。其作用是将电极板上获得的心电信号送到放大器的输入端。心脏
***************** 实践教学 ******************* 某某理工大学 计算机与通信学院 2015年春季学期 信号处理课程设计 题目：ECG信号分析与处理系统设计 专业班级：通信工程 姓名： 学号： 指导教师： 成绩：
摘要 系统的研究心电信号处理对疾病的早期预测及家庭医疗保健具有十分重要的意义，一直是生物医学工程领域的研究热点。心血管疾病是人类生命的最主要威胁之一，而心电(Electrocardiogram)，ECG信号是诊断心血管疾病的主要依据，心电信号是心脏电生理活动在体表的表现，提供了心脏功能等生理状况的有重要价值的临床医学信息，是临床心脏病诊断的基础。因此，设计心电信号处理系统具有重要意义。本论文综合运用数字信号处理的理论知识对心电信号进行分析与处理，实现ECG信号的频谱分析，基线漂移检测等，设计滤波器实现心电信号的滤波，滤去高频和低频干扰，实现ECG信号的增强。同时使用陷波器对50Hz的工频干扰进一步滤除，得到比较纯净的心电信号。 关键词: 心电信号，工频干扰，基线漂移
目录 摘要····································I 一、前言 (1) 二、心电信号 (2) 2.1 原始心电信号分析 (2) 2.2 心电信号中的噪声 (3) 2.3 系统总体设计框图 (4) 三、设计原理及方法 (5) 3.1 数字滤波器简介 (5) 3.2 IIR滤波器的设计原理 (5) 3.3 IIR滤波器的设计 (5) 3.3.1 IIR数字低通滤波器设计过程 (5) 3.3.2 IIR数字带通滤波器设计过程 (9) 3.4 FIR滤波器 (10) 3.4.1 FIR滤波器的设计 (11) 3.4.2 FIR数字低通滤波器设计过程 (11) 3.5 陷波器 (13) 3.5.1陷波器的基本原理及作用 (13) 3.5.2双T法设计陷波器 (13) 四、MATLAB简述 (15) 五、总结 (16) 参考文献 (17) 附录 (18)
课程设计报告 设计题目：心电信号采集模块的设计与开发 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 设计时间：
摘要 针对心电信号的特点进行心电信号的采集、数据转换模块的设计与开发。本文设计一种用于心电信号采集的电路，然后进行A/D转换，使得心电信号的频率达到采样要求。人体的心电信号是一种低频率的微弱信号，由于心电信号直接取自人体，所以在心电采集的过程中不可避免会混入各种干扰信号。为获得含有较小噪声的心电信号，需要对采集到的心电信号做降噪处理。本文通过滤波的方法将噪声从信号中分离。并将采集到的小信号放大约1000倍，送入数模转换模块，让单片机处理。 关键词：心电信号采集，降噪，A/D转换放大
目录 1. 课程设计任务及要求 (1) 1.1 设计任务 (1) 1.2 设计要求 (1) 2. 理论设计 (1) 2.1 方案论证 (1) 2.2 电路原理框图说明 (2) 2.3 单元电路设计 (2) 2.3.1 前置放大及反馈电路 (2) 2.3.2 带通滤波电路 (3) 2.3.3 50Hz陷波电路 (4) 2.3.4 电压放大电路 (4) 2.3.5 电平抬升电路 (5) 2.4 整体电路图仿真 (6) 3. 硬件调试 (6) 3.1 焊接及调试过程 (6) 3.2 心电信号采集 (7) 3.3 故障分析 (7) 4. 嵌入式软件设计 (7) 4.1 开发软件CCS简介 (7) 4.2 软件总体设计框图 (8) 4.3 软件分步配置: (9) 4.3.1 配置ADC12： (9) 4.3.2 配置LCD： (9) 4.4 软件主程序 (9) 5. 整体效果 (14) 6. 结论 (15) 7. 参考文献 (16)
毕业论文(设计) 题目:心电信号检测电路的设计
目录 摘要 (1) Abstract (1) 1 引言 (2) 2 心电信号的特征、检测电路的要求以及心电图导联 (3) 2.1 人体心电信号的特征 (3) 2.1.1抑制干扰的措施 (3) 2.1.2 降低噪声的措施 (4) 2.2 心电信号检测电路设计要求 (4) 2.3 ECG导联方式 (4) 3 心电信号检测电路的整体制作 (6) 3.1 ECG前置放大器 (6) 3.1.1 AD620AN实际放大倍数以及共模抑制比的测量 (8) 3.1.2 有源低通滤波电路 (9) 3.2陷波电路 (10) 3.3 安全隔离 (13) 3.4 补偿跟随 (15) 4 总结 (15) 致谢 (16) 参考文献 (16)
心电信号检测电路的设计 摘要：心电信号检测电路是各种心电监护仪中的核心组成部分，其性能的好坏直接影响心脏疾病的准确诊断和治疗，因此心电信号检测电路的精确性和可靠性是至关重要的。针对心电信号具有的特殊性、微弱性和易受干扰等特点，本心电信号检测电路由高性能单片集成的仪器放大器AD620组成的前置放大电路、50HZ双T 陷波电路以及以6N136为核心的光电隔离电路构成 ,从而使该电路具有高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、低温漂和高信噪比等特点,很好地满足心电采集设备的要求，电路简单可靠，可行性强。 关键词：心电信号检测；前置放大；陷波；光电隔离 The Manufacture of ECG circuit design Abstract: The Manufacture of ECG circuit is the core component of the ECG monitor, the quality of the system directly impacts on the accuracy of diagnosis and treatments about heart diseases, therefore the accuracy and reliability of ECG detection system is very important.Due to the particularity and weak and easily distracted of ecg signals, we use high-performance single-chip AD620 formed the ECG preamplifier circuit, double T-notch filter circuit and high speed data transmission photoelectric isolation circuit to design the Manufacture of ECG circuit,which make this circuit has high input impedance, high common mode rejection ratio, low noise, low temperature drift and high signal-to-noise ratio characteristics, such as well meet the requirements of ecg acquisition device, with the advantages of simple and feasibility. Key words: ECG detection; preamplifier; filter;Photoelectric isolation
生物医学电子学课程设计 设计报告 学校：东北大学 学院：中荷生物医学与信息工程学院 专业班级：生医1202班 姓名：鱼忘七秒 学号： 201252xyz 指导老师：李刚
低功耗心电放大器设计报告 1.概述 心脏是循环系统中重要的器官。由于心脏不断地进行有节奏的收缩和舒张活动，血液才能在闭锁的循环系统中不停地流动。心脏在机械性收缩之前，首先产生电激动。心肌激动所产生的微小电流可经过身体组织传导到体表，使体表不同部位产生不同的电位。如果在体表放置两个电极，分别用导线联接到心电图机(即精密的电流计)的两端，它会按照心脏激动的时间顺序，将体表两点间的电位差记录下来，形成一条连续的曲线，这就是心电图。 基本心电图如上所示，包含如下几个波段： P波――两心房除极时间 P-R间期――心房开始除极至心室开始除极时间 QRS波群――全心室除极的电位变化 ST段――心室除极刚结束尚处以缓慢复极时间 T波――快速心室复极时间 2.设计背景 心电放大器是一种常见的生物电放大仪器，在如今已经得到了广泛的应用，并已经研发出了便携家用的医疗仪器。心电放大器可以实时观测被测者的心电信号，有助于病征的观测，并能辅助诊断。心电放大器作为精密医疗仪器，在现代的应用越来越广泛，低成本是它的一个重要趋势。
心电信号有几个显著的特点。 1)心电信号很微弱，其幅值为10μV（胎儿）-4mV（成人），放大倍数 约为500~1000倍； 2)频率很低，约为0.05Hz-75Hz，能量主要集中在17Hz附近； 3)有很强的随机性，并不稳定。 4)人体作为信号源，本身内阻很大。 5)干扰多。如肌电等人体噪声，以及在心电放大器中不可避免的工频 等设备噪声。 3.设计意义 1)对心律失常和传导障碍具有重要的诊断价值； 2)对心肌梗塞的诊断有很高的准确性，它不仅能确定有无心肌梗塞， 而且还可确定梗塞的病变期部位范围以及演变过程； 3)对房室肌大、心肌炎、心肌病、冠状动脉供血不足和心包炎的诊断 有较大的帮助； 4)能够帮助了解某些药物（如洋地黄、奎尼丁）和电解质紊乱对心肌 的作用。 4.设计要求 1)输入电阻>5M 2)共模抑制比>80dB 3)输出摆幅>2.5V（采用单片机采集时动态范围≧28） 4)频带：0.05～75Hz 5)功耗<5mA 6)直流供电，使用三节1.5V干电池，便于携带 5.总体方案设计
课题一心电信号分析系统的设计 一、本课题的目的 本设计课题主要研究数字心电信号的初步分析方法及滤波器的应用。通过完成本课题的设计，拟主要达到以下几个目的： （1）了解基于LabVIEW的虚拟仪器的特点和使用方法，熟悉采用LabVIEW进行仿真的方法。 （2）了解人体心电信号的时域特征和频谱特征。 （3）进一步了解数字信号的分析方法； （4）通过应用具体的滤波器进一步加深对滤波器的理解。 （5）通过本课题的设计，培养学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力。 二、课题任务 利用labVIEW设计一个基于虚拟仪器的简单的心电信号分析系统。对输入的原始心电信号，进行一定的数字信号处理，进行频谱分析。根据具体设计要求完成系统的程序编写、调试及功能测试。 （1）对原始数字心电信号进行读取，由数字信号数据绘制出其时域波形。 （2）对数字信号数据做一次线性插值，使其成为均匀数字信号，以便后面的信号分析。 （3）根据心电信号的频域特征（自己查阅相关资料），设计相应的低通和带通滤波器。 （4）编程绘制实现信号处理前后的频谱，做频谱分析，得出相关结论。 （5）对系统进行综合测试，整理数据，撰写设计报告。 三、主要设备和软件 （1）PC机一台。 （2）LabVIEW软件一套，要求最低版本8.20。 四、设计内容、步骤和要求 必做部分： 1. 利用labVIEW读取MIT-BIH数据库提供的数字心电信号，并还原实际波形 美国麻省理工学院提供的MIT-BIH数据库是一个权威性的国际心电图检测标准库，近年来应用广泛，为我国的医学工程界所重视。MIT-BIH数据库共有48个病例，每个病例数据长30min，总计约有116000多个心拍，包含有正常心拍和各种异常心拍，内容丰富完整。 为了读取简单方便，采用其txt格式的数据文件作为我们的原心电信号数据。利用labVIEW提供的文件I/O函数，读取txt数据文件中的信号，并且还原实际波形。
十二导联心电信号放大器设计 摘要：本文介绍了心电图机及标准十二导联，根据“YY 1139-2000 单道和多道心电图机行业标准”，提出了心电信号放大的技术指标。并采用以AD620及OP2335为核心的信号放大器来实现心电信号的放大，还设计了右腿驱动电路、低通滤波放大电路、0.05Hz高通滤波器电路及50Hz陷波电路，是一种实用的心电信号前端采集放大电路。 关键词：心电图；前置放大；YY1139-2000 标准 1 引言 1.1心电图介绍 在当今社会中,心脏病等心血管已经成为了世界范围内常见的疾病,号称“头号杀手”。由于心脏病有突发性以及长久性，对心脏病人也需要长期的治疗和监护。 心脏是循环系统中重要的器官。由于心脏不断地进行有节奏的收缩和舒张活动，血液才能在闭锁的循环系统中不停地流动。心脏在机械性收缩之前，首先产生电激动。心肌激动所产生的微小电流可经过身体组织传导到体表，使体表不同部位产生不同的电位。如果在体表放置两个电极，分别用导线联接到心电图机(即精密的电流计)的两端，它会按照心脏激动的时间顺序，将体表两点间的电位差记录下来，形成一条连续的曲线，这就是心电图。 图2.1 标准的心电图 心电图是检查心脏情况的一个重要方法，其应用范围包括以下几个方面： 1) 分析与鉴别各种心律失常。 2) 查明冠状动脉循环障碍。
3) 指示左右房窜肥大的情况，协助判别心瓣膜病、高血压病、肺源性及先天性心脏病的诊断。 4) 了解洋地黄中毒、电解质紊乱等情况。 5) 心电监护已广泛应用于手术、麻醉、用药观察、航天、体育等的心电监测以及危重病人的抢救。 心电图机是诊断心脏病的重要仪器之一，能够为医生提供最直观的心电波形。欧美国家已经普遍使用十二导心电图机。十二导联心电图同步记录能客观表达各波、段和间期，可以对早博、心动过速、预激综合征、束支阻滞及分支阻滞等进行定位诊断与鉴别诊断；将心电数据存入数据库，可以进行各种电参数的统计学处理，为临床医疗和科研工作带来了极大便利。根据目前的微电子、单片机和计算机技术成功研制出一种便携式心电图机，它可通过液晶显示器显示心电图，同时将数据在计算机上显示并通过网络实现信息远传，是一种新颖的临床和家庭兼用的心电图机。 1.2标准十二导联简介 人体是一个导体，心脏壁收缩引起的动作电势使电流由心脏传播至整个人体，所传播的电流在人体的不同部位产生不同的电势，可以通过电极在皮肤表层感应得出。为了完整地记录心脏的电活动状况，常用水平和垂直方向的十二种不同导联作记录，称为标准十二导联，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、aVR、aVL、aVF、V1、V2、V3、V4、V5、V6导联。测量时须在人体上安放10个电极，分别为：右手电极VR、左手电极VL、右腿电极RL、左腿电极VF、胸部6个电极C1~C6。根据国家标准，由这些电极可以合成标准12导联心电图，合成方式如下： 1) 标准肢体导联： 导联I=VL－VR； 导联II=VF－VR； 导联III=VF－VL； 2) 加压单极肢体导联： aVR=VR-(VL+VF)/2； aVL=VL-(VR+VF) /2； aVF=VF-(VL+VR)/2； 3) 常用的胸导联：胸导Vi=Ci-(VR+VL+VF)/3，式中，VR、VL、VF和Ci(i=1~6)表示右臂、左臂、左腿和胸壁的电位。
直流心电放大仪设计报告 心电信号作为心脏电活动在人体体表的表现，信号比较微弱，其频谱范围是0.05～200Hz，电压幅值为0～5mV，信号源的阻抗为数千欧到数百千欧，并且存在着大量的噪声，测量时，除了受包括肌电信号，脑电信号，呼吸波信号等体内干扰信号的干扰，还受到基线漂移，电极接触等体外干扰。心电的这些特点，要求设计在强噪声下能有效抑制各种干扰的便携式心电采集放大仪，来得到正确的心电信号。 本直流心电放大仪设计思路是：由携带在人体上的电极采集心电信号，经过前置放大器的初步放大，并且在前置放大器电路部分设计滤波和右腿驱动电路，对各种信号进行一定的抑制后送入仪用放大器，输出后送入低通滤波器，以滤除心电频率范围以外的干扰信号，最后经过主放大器，得到能观察范围内的心电信号。在进行实验元件参数选取时，既要考虑满足设计要求，同时又要保证所用的元件必须能找到，而且考虑到元件精度要求。 心电放大仪总体结构图： 人体电极拾取前置放大器（共模抑制电路）低通滤波器 后级放大电路示波器显示 本设计的电路主要由五部分组成：电源变换电路；前置放大器和抑制共模电路；低通滤波电路；后级放大电路（主放大电路）。 由携带在人体上的电极拾取的心电信号首先经过前置放大器的初
步放大，并对各种干扰信号进行一定的抑制后进入低通滤波器以滤除心电频率以外的干扰信号，然后经过后级主放大器进一步放大后，输入示波器，进行观察。设计没有采用50HZ工频滤波电路，是因为本设计由电池供电，共模工频干扰很小（外界电场影响），可以通过右腿驱动电路很好的滤除。 一、电源变换电路： 由于电池最多只能用四节，也就是6V，而实验采用的芯片是LM324，因此采用具有升压能力的电路，它能将Ec转换为±Ec。其原理是NE555,时基电路接成无稳态电路，555和R21、C13接成无稳态多谐振荡器，振荡频率约在20kHz左右，由于充、放电时间常数皆为R21C13，故占空比为50％。输出的20kHz脉冲波经D1、C14和 D2、C15分别整流滤波后，输出±EDD双电源。它的3脚输出占空
心电信号的采集和调理电路 1概述 1.1国内外发展现状 心电图机就是用来记录心脏活动时所产生的生理电信号的仪器。由于心电图机诊断技术成熟、可靠，操作简便，价格适中，对病人无损伤等优点，已成为各级医院中最普及的医用电子仪器之一。 在国外，心电图机的研制和生产，占主要地位的是以德国、日本、加拿大、美国为主的发达国家，相对而言国内心电图机发展速度较慢，水平较落后，心电图机的研制和生产是在1904年荷兰的爱因托芬(Willem Einthoven)制造的第一台弦线式电流计的基础上发展而来的，20世纪50年代之前，心电图机的发展主要解决了小型化和提高灵敏度的问题。1960年第一个专用心电图波形自动识别系统建立起来，自1978年美国Marquett公司首次推出数字化12导同步心电图机，便开创了心电图记录、分析与诊断、保存与管理的新纪元，从此心电图机进入数字化发展新时代，特别是计算机在各个领域的广泛运用，数字化信息处理为医学界进步和深入研究提供了现代化高科技手段。常规的心电图机有单道和多道，虽使用方便，但体积庞大、价格高，主要适合医院，并且对许多偶发、短暂心律失常无法进行监测；动态心电图机(HOLTER)，虽然可用于24小时甚至更长时间的心电图记录，但是HOLTER价格昂贵，使用不方便，并且不能实时处理。 在国内，截至2007年10月，据不完全统计，我国已有医疗器械生产企业12530家，而专业生产心电图机的企业仅有20几家，大多数是中小企业，产品技术水平较低，不具备国际竞争力，所需的器件、材料、工艺，水平低基础差。目前我国心电图机主要生产厂家在广东、山东和上海，但在国内市场上均形不成主导地位。1985年上海医用心电图机的产品约占全国的80％，产品畅销；但自1989年12月上海医用电子仪器厂与日本光电工业株式会社签约合资成立上海光电医用电子仪器有限公司后，中国几家心电图机生产企业便开始滑坡，而光电公司的产品却更加稳固地占领了中国市场。我国心电图机产品数量尚远低于国际上已有品种，技术水平同样偏低。国产设备多为劳动密集型的低科技产品，特别是由于基础研究弱、创新能力差、缺少具有自主知识产权的产品。目前仅能解决中小医院的基本装备需求，高档设备主要靠进口。 由于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个疾病。由于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，心电图也在今后相当长的时间内更现重要。心电图机正向着多通道，数字智能型，网络共享型等方向发展。 1.2心电信号的形成
燕山大学 课程设计说明书题目心电数据处理与去噪 学院（系）：电气工程学院 年级专业： 11级仪表一班 学号： 110103020036 学生姓名：张钊 指导教师：谢平杜义浩 教师职称：教授讲师
燕山大学课程设计（论文）任务书 院（系）：电气工程学院基层教学单位：自动化仪表系 说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。 2014年7月 5 日
摘要 (2) 第1章设计目的、意义 (3) 1.1 设计目的 (3) 1.2设计内容 (3) 第2章心电信号的频域处理方法及其分析方法 (4) 2.1小波分析分析 (4) 2.2 50hz工频滤波分析 (10) 第3章 GUI界面可视化 (14) 学习心得 (15) 参考文献 (15)
信号处理的基本概念和分析方法已应用于许多不同领域和学科中，尤其是数字计算机的出现和大规模集成技术的高度发展，有力地推动了数字信号处理技术的发展和应用。心脏周围的组织和体液都能导电，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。在体表很多点之间存在着电位差，也有很多点彼此之间无电位差是等电的。心脏在每个心动周期中，由起搏点、心房、心室相继兴奋，伴随着生物电的变化，这些生物电的变化称为心电 它属于随机信号的一种，用数字信号处理的方法和Matlab软件对其进行分析后，可以得到许多有用的信息，对于诊断疾病有非常重要的参考价值。 关键字：信号处理心电信号Matlab
第一章设计目的、意义 1 设计目的 进行改革，增大学生的自主选择权，让学生发展自己的兴趣，塑造自己未来的研究发展方向。课程设计的主要目的： （1）培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。 （2）培养灵活运用所学的电力电子技术知识和创造性的思维方式以及创造能力。 （3）培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。 （4）培养学生用maltab处理图像与数据的能力。 2 设计内容 2.1 设计要求： 要求设计出心电数据处理的处理与分析程序。 (1) 处理对象：心电数据； (2) 内容：心电数据仿真，心电数据处理（仿真数据，真实数据）； (3) 结果：得到处理结果。 2.2 设计内容： （1）心电数据仿真； （2）心电数据处理； （3）分析处理结果。 （4）可视化界面设计 2.3 实验原理 2.3.1心电产生原理 我们常说的心电图一般指体表心电图，反映了心脏电兴奋在心脏传导系统中产生和传导的过程。正常人体的每一个心动周期中，各部分兴奋过程中
微弱信号检测课题报告 心电信号采集 —噪声分析及抑制 指导老师：宋俊磊 院系：机电学院测控系 班级： 学号： 姓名：
【目录】 【摘要】 (3) 第一章 (4) 1.1人体生物信息的基本特点[1} (4) 1.2 体表心电图及心电信号的特征分析[4] (5) 1.3心电信号的噪声来源[7] (6) 1.4 心电电极和导联体系分析 (7) 1.4.1系统电极选择[8] (7) 第二章硬件电路设计 (8) 2.1 心电信号采集电路的设计要求 (8) 2.2 心电采集电路总体框架 (9) 2.3采集电路模块 (11) 2.4 AD620引入的误差 (11) 2.4.1 电子元件内部噪声 (11) 2.4.2集成运放的噪声模型： (13) 2.4.3 AD620的噪声计算 (14) 2.4.4 前置放大电路改进措施 (15) 2.5 滤波电路设计 (18) 2.6电平抬升电路[14] (21) 2.7心电信号的50Hz带阻滤波器（50Hz陷波）设计[15] (21) 结论 (23) 附录：参考文献 (24)
【摘要】 心脏是人体循环系统的核心，心脏的活动是由生物电信号引发的机械收缩。在人体这个三维空间导体当中，这种生物电信号可以波及人体各个部分，在人体体表产生规律性的电位变化。在人体体表的一定位置安放电极，按时间顺序放大并记录这种电信号，可以得到连续有序的曲线，这就是心电图。 针对心电信号的特点进行心电信号的采集、数据转换模块的设计与开发。设计一种用于心电信号采集的电路，然后进行A/D转换，使得心电信号的频率达到采样要求。人体的心电信号是一种低频率的微弱信号，由于心电信号直接取自人体，所以在心电采集的过程中不可避免会混入各种干扰信号。为获得含有较小噪声的心电信号，需要对采集到的心电信号做降噪处理。运用一个心电信号检测放大电路，充分考虑了人体心电信号的特点，采用前置差动放大+带通滤波器+50Hz陷波器(带阻滤波器)组成的模式，对心电信号进行测量。 关键词：心电信号采集，降噪，A/D转换放大，噪声分析
1 人体心电信号的特点 心电信号属生物医学信号，具有如下特点： (1)信号具有近场检测的特点，离开人体表微小的距离，就基本上检测不到信号； (2)心电信号通常比较微弱，至多为mV量级； (3)属低频信号，且能量主要在几百赫兹以下； (4)干扰特别强。干扰既来自生物体内，如肌电干扰、呼吸干扰等；也来自生物体外，如工频干扰、信号拾取时因不良接地等引入的其他外来串扰等； (5)干扰信号与心电信号本身频带重叠(如工频干扰等)。 2 采集电路的设计要求 针对心电信号的上述特点，对采集电路系统的设计分析如下： (1)信号放大是必备环节，而且应将信号提升至A／D输人口的幅度要求，即至少为“V”的量级； (2)应尽量削弱工频干扰的影响； (3)应考虑因呼吸等引起的基线漂移问题； (4)信号频率不高，通频带通常是满足要求的，但应考虑输入阻抗、线性、低噪声等因素。 3 采集电路设计分析过程 3．1 前级放大电路设计 由于人体心电信号的特点，加上背景噪声较强，采集信号时电极与皮肤间的阻抗大且变化范围也较大，这就对前级(第一级)放大电路提出了较高的要求，即要求前级放大电路应满足以下要求： 高输入阻抗；高共模抑制比；低噪声、低漂移、非线性度小；合适的频带和动态范围。 为此，选用Analog公司的仪用放大器AD620作为前级放大(预放)。AD620的核心是三运放电路(相当于集成了三个OP07运放)，其内部结构如图1所示。
该放大器有较高的共模抑制比(CMRR)，温度稳定性好，放大频带宽，噪声系数小且具有调节方便的特点，是生物医学信号放大的理想选择。根据小信号放大器的设计原则，前级的增益不能设置太高，因为前级增益过高将不利于后续电路对噪声的处理。 根据上面的分析，前级放大电路按图2设计，并先运用Multisim 2001仿真。 仿真过程采用O．5 MV，1．2 Hz的差分信号源为模拟心电输入来模拟电路的放大过程，结果满足要求。 3．2 次级放大电路(信号放大) 第二级放大电路主要以提高增益为目的，选用普通的AD OP07即可满足要求。 3．3 高通滤波器(消除基线漂移) 在电路部分加上简单的高通滤波环节，对隔断直流通路和消除基线漂移将会起到事半功倍的效果，本部分电路置于预放大与信号放大电路之间，一个简单的无源高通滤波电路如图3所示。
医学仪器与设备课程设计题目：心电信号采集模块的设计 院系：电气工程学院 专业：生物医学工程 姓名： 学号： 指导老师：戴启军 时间：2008年12月29日——2009年1月6日
心电信号采集电路的设计 一、系统概述 心电信号采集模块组成：心电电极；导联线；缓冲放大器；威尔逊电阻网络；差动放大；低通滤波器；高通滤波器；50Hz陷波器；光电隔离器；增益可调电路；调零电路 (1)心电电极 生物电引导电极实际完成人体和测量系统之间的界面作用。为了把生物电信号引入信号处理模块中，引导电极必须具备电流的传导能力。在人体内，电流靠离子导电，而在测试系统内是电子导电。通过引导电极，把离子电流变为电子电流，所以电极实际上起了一个换能器的作用。提取心电信号，采用的是皮肤表面电极（体表电极）。 (2)导联线 此设计中心电采集模块由4个电极组成导联线，包括三个肢体电极和一个右腿接地（右腿驱动）电极。电极获取的心电信号仅为毫伏级，所以导联线均用屏蔽线。 导联线的芯线和屏蔽线之间有分布电容存在（约100pF/m），为了减少电磁感应引起的干扰，屏蔽线可直接接地，但这样会降低输入阻抗。也可以采用屏蔽驱动，这样可减少共模误差和不降低输入阻抗。 (3)缓冲放大器 缓冲放大器保证心电放大器的高输入阻抗要求，起到阻抗变换作用。生物信号源本身是高内阻的微弱信号源，通过电极提取又呈现出不稳定的高内阻源性质。不稳定性将使放大器电压增益不稳定。放大器的输入阻抗应至少大于1MΩ。 (4)威尔逊电阻网络 威尔逊电阻网络是按照标准十二导联心电图定义组成的电阻网络。 (5)差动放大 差动放大是心电前置放大的主要部分，和缓冲放大器一起组成心电图前置放大。差动放大的作用是将幅度仅为毫伏级的微弱心电信号进行放大。同时必须有高抗干扰能力，即具有高共模抑制比。 (6)低通滤波器 心电信号的高频响应界限为100Hz，由100Hz低通滤波器完成。 (7)高通滤波器 心电信号的低频响应界限为0.05Hz，由0.05Hz高通滤波器完成。 (8)50Hz陷波器 50Hz陷波器用于加强滤除50Hz干扰。有的心电图机还设有40Hz低通滤波器用于滤除肌电干扰。
电气信息工程学院 毕业设计（论文）开题报告 课题名称：小波变换在图像编码中 的应用 专业：通信工程 姓名：王文双 班级学号：06-01-26 指导教师：张海一 二○一○年四月二日
三、完成本课题的工作进度计划 第一、二周：收集资料，做好知识准备。 第三、四周：开题报告。 第五周：进行设计方案论证。 第六—九周：小波理论、图像编码技术。 第十、十一周：计算机仿真。 第十二周：设计收尾工作和毕业设计答辩准备。 四、参考文献 [1] 丁艳，刘榴娣，郭宏. 小波变换在图像压缩中的应用研究[J]. 光学技术. 1999.(01) [2] 陶德元，何小海，李舒平，吴小强. 小波变换及其在图像处理中的应用[J]. 四川大学学报(自然科学版). 1994.(04) [3] 李华峰，丁绪星，钱焕延. 基于整数小波变换的图像压缩算法[J]. 计算机工程与设计. 2006.(11) [4]Mandelbrot,B,B.Self-affine FractalSets.Fractals in Physics[C].Amsterdam: North-Holland,1986: [5] Rioul,O. Regular wavelets: a discrete time approach[J].IEEETransactions on signal Processing,1993,41(12):3572-3579. [6] 韩玉坤. 数字图像压缩编码技术综述[J]. 潍坊学院学报. 2006.(04) [7] 刘洞波. 一种扩展的嵌入零树小波算法[J]. 现代计算机. 2006.(09) [8] 王相海，张福炎. 一种基于零树小波的图像比率可分级编码方法的研究[J]. 南京大学学报(自然科学版). 2002.(02) [9] 张旭东等编著. 图像编码基础和小波压缩技术[M]. 清华大学出版社 2004 [10] 徐佩霞，孙功宪编著. 小波分析与应用实例[M]. 中国科学技术大学出版社1996 [11] 张旭东等编著. 图像编码基础和小波压缩技术[M]. 清华大学出版社 2004 [12] 程正兴[著]. 小波分析算法与应用[M]. 西安交通大学出版社 1998
心电放大器设计 1 设计题目 设计一单导联心电放大器，心电信号的幅度范围为0.5～5mV，要求放大器与后续计算机系统中的10位A/D转换器相连接，A/D转换器的输入电压范围为0～5V。 1.1 主要技术指标 1)输入阻抗：≥5MΩ 2)偏置电流：<2nA 3)输入噪声：<10uV 4)共模抑制比：≥100dB 5)耐极化电压：±300mV 6)漏电流：<10uA 7)频带：0.05～250Hz 1.2 具体要求 1)设计放大器电路； 2)计算电路中个元器件的参数值； 3)对选择的关键元器件说明其选择理由。 2 引言 在当今社会中,心脏病等心血管已经成为了世界范围内常见的疾病,号称“头号杀手”。由于心脏病有突发性以及长久性，对心脏病人也需要长期的治疗和监护。 心脏是循环系统中重要的器官。由于心脏不断地进行有节奏的收缩和舒张活动，血液才能在闭锁的循环系统中不停地流动。心脏在机械性收缩之前，首先产生电激动。心肌激动所产生的微小电流可经过身体组织传导到体表，使体表不同部位产生不同的电位。如果在体表放置两个电极，分别用导线联接到心电图机(即精密的电流计)的两端，它会按照心脏激动的时间顺序，将体表两点间的电位差记录下来，形成一条连续的曲线，这就是心电图。 图1 标准的心电图 心电图是检查心脏情况的一个重要方法，其应用范围包括以下几个方面：
(1) 分析与鉴别各种心律失常。 (2) 查明冠状动脉循环障碍。 (3) 指示左右房窜肥大的情况，协助判别心瓣膜病、高血压病、肺源性及先天性 心脏病的诊断。 (4) 了解洋地黄中毒、电解质紊乱等情况。 (5) 心电监护已广泛应用于手术、麻醉、用药观察、航天、体育等的心电监测以 及危重病人的抢救。 3系统设计 3.1设计思路 心电信号十分微弱，常见的心电频率一般在0—100Hz之间，能量主要集中在17Hz附近，幅度小于5mV，心电电极阻抗较大，一般在几十千欧以上。在检测生物电信号的同时存在强大的干扰，主要有电极极化电压引起基线漂移，电源工频干扰(50Hz)，肌电干扰(几百Hz以上)，临床上还存在高频电刀的干扰。电源工频干扰主要是以共模形式存在，幅值可达几V甚至几十V，所以心电放大器必须具有很高的共模抑制比。电极极化电压引起基线漂移是由于测量电极与生物体之间构成化学半电池而产生的直流电压，最大可达300mV，因此心电放大器的前级增益不能过大，而且要有去极化电压的RC常数电路。由于信号源内阻可达几十KΩ、乃至几百KΩ，所以，心电放大器的输入阻抗必须在几MΩ以上，而且 CMRR也要在60dB以上（目前的心电图机共模抑制比一般均在89dB）。同时要在无源、有源低通滤波器中有效地滤除与心电信号无关的高频信号，通过系统调试，最后得到放大、无噪声干扰的心电信号。 3.2结构框图 本电路设计主要是由五部分构成。 1、前置放大电路。其中前置放大器是硬件电路的关键所在，设计的好坏直 接影响信号的质量，从而影响到仪器的特性； 2、共模抑制电路。在设计中使用了右腿驱动电路、屏蔽驱动电路，它们可 以消除信号中的共模电压，提高共模抑制比，使信号输出的质量得到提 高； 3、低通滤波电路及时间常数电路。常见的心电频率一般在0.05--100Hz之 间，能量主要集中在17Hz附近，幅度微小，大概为5mV，临床监护有 用频率为0.5～30几HZ，因此设计保留40HZ以下的信号。时间常数电 路实现一阶无源高通，截止频率为0.05HZ，时间常数为3.6s。 4、工频50Hz的陷波电路。本设计采用了双T带阻滤波电路，它能够对某一 频段的信号进行滤除，用它能有效选择而对电源工频产生的50Hz的噪声 进行滤除； 5、主放大电路：心电信号需要放大上千倍才能观测到，前置放大增益只有 100~250左右，在这一级还需要放大4~10倍左右。
【摘要】心电信号的降噪处理是获得清晰、有效心电图信息的必要步骤，随着医学的进步，对心电信号的信噪比和分辨率提出了越来越高的要求。小波分析作为一个新兴的数学方法在心电信号去噪中有着巨大的潜力。总结心电信号去噪中的各种小波方法，详细分析它们在心电信号去噪中的特点及应用范围，最后简要叙述了心电信号小波去噪的一些问题和发展趋势。 【关键词】阈值去噪；极大模值；小波变换；心电信号去噪 1 引言 心电信号处理是国内外近年来迅速发展的一个研究热点，是现代生命科学研究的重要组成部分，其目的是为了从获得的信号中提取有用信息。心电信号通过记录体表电位差获得，它反映了心脏的活动状况，对于心脏疾病的诊断提供了主要的依据，但是心电信号的波形复杂（主要由P、Q、R、S、T波组成），而且易受各种噪声影响，因此如何从受噪声污染的心电信号中提取清晰、有效的临床信息成为人们关注的焦点。在去噪过程中，由于心电信号具有非平稳特性且污染噪声分布范围大，限制了传统线性滤波器的使用，所以在过去的几年中小波分析被广泛地应用于心电信号的去噪中。许多学者根据心电信号噪声的特点不断提出新的小波去噪方法，使得它在心电信号的去噪应用中不断得到完善，为心电图的清晰识别奠定了基础。本研究总结小波分析在心电信号去噪中的各种方法，分析其特点及应用范围，最后阐述了心电信号小波去噪的一些问题和发展趋势。 2 心电信号噪声的来源及特点 心电信号在经过采集、数模转换过程中，不可避免的受到各种类型的噪声干扰，这些干扰使得得到的心电信号的信噪比较低,甚至淹没了心电信号。通常心电信号中主要包括以下3种噪声： ①工频干扰 主要包括50HZ 电源线干扰及高次谐波干扰。由于人体分布电容的存在使入体具有天线效应以及较长的导联线暴露在外，50HZ的工频干扰在心电信号中是常见的，依情况不同，其干扰幅度达心电信号峰一峰值的0~50%。 ②肌电干扰 由于病人的紧张或寒冷刺激，以及因某些疾病如甲状腺机能亢进等，都会产生高频肌电噪声，其产生是众多肌纤维分时随机收缩时引起的，频率范围很广(DC-1000V), 谱特性接近白噪声，其频率一般在5HZ~2KHZ之间。 ③基线漂移