下载文档原格式
心电信号采集系统的研究与设计作者：王思毅来源：《卷宗》2017年第28期本文研究设计了十二导联心电采集系统。
系统由前端采集电路模块、滤波模块和控制模块组成。
前端采集模块对信号进行放大并抑制共模干扰，滤波模块对信号进行噪声处理，控制模块对导联切换和模数转换进行控制。
本系统具有体积小、高质量的特点，并使用了低功耗的处理芯片使得长时间的实时心电采集更加简单方便。
其能够以更高效稳定的方式对人体心电信号进采集，在未来可以更好地预防心血管疾病的发生，为人们的健康生活提供保障。
1 引言心血管疾病具有很强的隐蔽性和高危险性，一直是医学界研究的热点问题。
心电监护仪器能够及时发现心血管的异常情况，成为临床诊断以及生命科学研究的重要工具。
目前使用较多的心电监护仪器主要以工作站的形式应用于医院，因其价格昂贵且不便携带，阻碍了家庭应用的普及。
随着人们生活水平的提高，肥胖、快节奏的生活压力促使心血管疾病的发病率迅速上升，已成为威胁人类身体健康的主要因素之一。
与此同时，心血管疾病的发病趋势也不断趋于年轻化，便携式的心电系统能够帮助心血管类疾病的预防以及治疗。
随着电子设备的快速发展，专业的便携式心电监测设备也能够进入家庭中实现心电信号的日常监护，从而使医生能够更加全面及完整地评估病人的心脏状况。
使用心电监护仪可提高护理工作效率，随时了解患者病情，提高治疗和护理质量，大幅度降低危重患者的病死率。
因此，本文所研究的十二导联采集系统具有重要的医疗价值与社会价值。
本文设计的便携式十二导联心电采集系统通过电极片从人体的十个不同部位采集心电信号，信号经过放大、共模抑制、滤波并通过MSP430F149芯片控制模数转换，其通过控制导联切换芯片可以得到8路心电信号，最终可以得到十二导联信号。
2 系统总体结构前端采集电路模块从人体采集到微弱的生物电信号，并进行放大且抑制共模干扰，信号再经过滤波模块后得到高质量的心电信号。
控制模块采用了MSP430F149，低功耗处理芯片是系统的中央处理芯片，不仅进行导联切换，还控制模数转换AD7691等芯片。
教改班综合设计与实验心电信号采集与监测系统李天野（02099028）张宁祥（02099015）2012年6月目录1. 实验任务与要求-------------------------------------32. 总体方案论证与框图构筑-----------------------------33. 心电信号调理器的设计与仿真-------------------------43.1 放大器设计------------------------------------43.1.1 仪用放大器设计---------------------------43.1.2 输出放大器设计---------------------------73.1.3 放大器总体仿真结果-----------------------83.2 50Hz陷波器设计--------------------------------93.3 心电信号调理器总电路图-----------------------114. 心率测量、显示及报警电路的设计---------------------12 4.1 心率测量方案----------------------------------12 4.2 心率测量及显示电路设计------------------------124.3 报警电路设计----------------------------------155. 总结----------------------------------------------166. 参考文献------------------------------------------161. 实验任务与要求1.设计心电信号调理器：增益：60dB、70dB和80dB三档可调；带宽：0.01Hz ~ 200Hz，可插入50Hz陷波器。
2.设计测量和显示心率的数字电路（用七段数码管显示）。
本科毕业设计（论文）心电信号采集及分析系统设计谭莹莹燕山大学摘要心血管疾病是威胁人类健康的主要疾病之一，早期诊断和治疗是预防心脏病的有效途径。
20世纪50年代末，美国科学家Holter首先发明了一种心电仪，人们称它为Holter心电仪或叫动态心电仪，这种技术在临床上可实现“长时间”、“动态”记录的心电图，就称为动态心电图。
能够记录病人24小时活动过程中的动态心电数据，给医生提供具有诊断价值的资料，对于心脏功能的评价，心脏病的早期诊断非常有益，所以心电监护仪在其中发挥着至关重要的作用。
本课题采用MSP430149单片机作为核心器件，主要完成对心电信号的24小时不间断采集、传输、存储、显示等功能。
关键词 心电信号；动态心电图；MSP430单片机电阻及电容组成。
在低频的情况下，这个源阻抗为纯电阻。
显然它包括()那么电阻=R 。
(R)。
人体内组织液是一种电解质，所以R与组织液离子浓度有关。
不仅与皮肤和电极接触松紧有关，还与皮肤的干湿、清洁度及每个人角质层的厚薄有关。
抗，才能确保增益的稳定性。
设两个电极与皮肤的接触电阻为、，如果不等于，不可避免的就会把共模干扰信号转化为电路无法克服34电路由两个等值电阻和一只由运算放大器输出端两个串联电阻的中点电压，即：当只有差模信号的输出=-时，有=O包含输入信号的共模部分=。
从而使得共模信号不经阻容其中是集成仪用放大器该电路的高通截止频率可以表示为：整个电路的共模抑制比可以由下式来计算：其中和分别是放大器第一级和第二级的共模抑制比。
由集成仪器放大器的共模抑制比决定。
在第二级放大倍数比较高的情况下，的值可以达到以上。
对的影响可以忽略。
的值则可以由下式得到：其中：、和、3为例，其的标准值为以标准值来计算，。
如果所选用高精度、匹配较好的运放，和的值还可以大幅度提高。
扰，有必要进行低通滤波电路的设计。
6图3.4 高通滤波电路8(和)位表示．则数据量为。
这样大的数据量可以。
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：***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 (17)2.6电平抬升电路[14] (20)2.7心电信号的50Hz带阻滤波器（50Hz陷波）设计[15] (20)结论 (22)附录：参考文献 (23)【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，噪声分析第一章1．1人体生物信息的基本特点[1}人体的生物信号测量的条件是很复杂的。
个人健康系统心电数据采集设计一、引言随着人们对健康的关注度不断提高，个人健康系统越来越受到人们的关注和需求。
心脏病是世界上最常见的疾病之一，而早期的心脏病往往不容易被人们察觉。
因此，开发一种可靠的个人健康系统，能够监测用户的心脏健康状况，对于预防心脏病的发生具有重要意义。
二、系统概述1.实时监测用户的心电数据；2.分析和识别用户的心脏健康状况；3.提供个性化的健康建议和预警。
三、系统结构1.佩戴式心电传感器：用户佩戴在胸部或手腕处，通过电极与皮肤接触，采集心电图信号；2.无线数据传输模块：将佩戴式心电传感器采集到的心电图数据通过无线方式传输给手机或其他便携设备；3.手机应用程序：接收心电图数据，进行数据处理和分析，生成报告，并提供个性化的健康建议和预警；4.数据存储和云服务：将用户的心电图数据存储在云端，方便用户随时查看和分析。
四、心电图数据采集与处理1.心电图数据采集：佩戴式心电传感器通过电极与用户皮肤接触，采集长时间（如24小时）的心电图信号，以获得更准确的心脏健康状况信息；2.数据滤波和去噪：采集到的心电图数据需要进行滤波和去噪处理，以消除干扰和噪声，并提高数据的可靠性；3.R波识别：R波是心电图中最明显的波峰，通过识别R波来计算心脏的心率；4.心律失常检测：通过对心电图数据的形状和间隔进行分析，检测是否存在异常的心律失常；5.心脏异常检测：通过对心电图数据的波形和特征进行分析，识别可能存在的心脏异常，如心肌缺血、心律不齐等。
五、数据分析与健康建议1.心脏健康评估：根据心电图数据的分析结果，对用户的心脏健康状况进行评估，以判断是否存在潜在的心脏病风险；2.健康建议：根据用户的心脏健康状况和需要，生成个性化的健康建议，包括生活方式调整、药物治疗建议等；3.预警功能：系统可以设置不同的预警阈值，当用户的心电图数据超过预警阈值时，在手机或其他便携设备上提醒用户，并建议尽快就医。
六、数据存储和隐私保护1.数据存储：个人健康系统采用云存储方式，将用户的心电图数据存储在云端，以便用户随时查看和分析；2.数据隐私保护：用户的心电图数据是敏感数据，系统需要采取相应的数据加密和隐私保护措施，确保用户的数据安全和隐私不受侵犯。
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】...........................................................第一章..............................................................人体生物信息的基本特点[1}.............................................体表心电图及心电信号的特征分析[4]....................................心电信号的噪声来源[7].................................................心电电极和导联体系分析.............................................系统电极选择[8].......................................................第二章硬件电路设计.................................................心电信号采集电路的设计要求.........................................心电采集电路总体框架...............................................采集电路模块........................................................AD620引入的误差....................................................电子元件内部噪声...................................................集成运放的噪声模型：...............................................AD620的噪声计算....................................................前置放大电路改进措施...............................................滤波电路设计......................................................电平抬升电路[14]......................................................心电信号的50Hz带阻滤波器（50Hz陷波）设计[15].........................结论................................................................附录：参考文献......................................................【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。
重庆理工大学毕业设计（论文）任务书题目心电信号采集系统的设计－信号处理部分（任务起止日期2011 年 2 月 2 5 日～2011 年 5 月30 日）电子信息工程与自动化学院测控技术与仪器专业 2 班学生姓名学号指导教师系主任二级学院院长课题内容1）分析心电信号产生的基本原理以及测量方法；2）研究并制作心电信号采集电路；3）研究并制作串口电路，将信号上传至上位机；4）完成样机的制作，并进行了调试；课题任务要求1.对采集到的心电信号经A/D转换后，得到数字信号。
2.对得到的数字信号进行数字信号处理。
3.对处理过的数字信号在PC机上进行显示，分析。
预期目标：能够将处理后的信号在PC机上显示及分析。
主要参考文献（由指导教师选定）[1] 余学飞，医学电子仪器原理与设计，华南理工大学出版社，2000年3 月[2] 邓亲恺.现代医学仪器设计原理，科学出版社，2004年5月[3] 卢喜烈等编著12导同步心电图图谱北京科学技术文献出版社2001.1-5[4] 于云之, 聂邦畿. 心音的临床意义及研究现状. 现代医学仪器与应用,1997.9[5] 吴延军. 徐泾平. 赵艳. 心音的产生与传导机制. 生物医学工程杂志,1996.3[6] 黄智伟，无线数字收发电路设计，电子工业出版社，2003.5[7] 刘雅言. 于家艳. 董向明. 压电薄膜型心音传感器. 传感器技术, 1998.6[8]张毅刚.新编MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.2003.7:47-65同组设计者学生完成毕业设计（论文）工作进度计划表序号毕业设计（论文）工作任务工作进度日程安排周次1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20调研、收集资料。
完成第1阶段资料汇总，写出文献综述。
完成开题报告。
_ _ _ _课程任务设计安排及设计方案的整理。
_ _绘制出设计电路图以及器件的收集。
智慧医院心电图系统设计方案智慧医院心电图系统设计方案一、需求分析随着医疗技术的发展，现代医院对于心电图系统的需求越来越高。
智慧医院心电图系统的设计需要满足以下需求：1. 心电信号采集：系统能够实时采集病人的心电信号，并将其显示在监护仪上。
2. 心电数据传输：系统能够将心电数据传输到医生的电脑终端，并支持实时监控和存储心电图数据。
3. 心电信号分析：系统能够对心电信号进行分析，自动检测和诊断心脏疾病，提供有效的诊断结果。
4. 快速响应：系统能够在病人出现心脏紧急情况时，提供快速响应和告警功能，以便医生及时处理。
5. 数据共享：系统支持不同医院之间的数据共享，方便医生进行远程查看和诊断。
二、系统设计基于以上需求，我们设计了以下智慧医院心电图系统的方案：1. 硬件设备- 心电信号采集装置：负责采集病人的心电信号，将其转换为数字信号，并发送给监护仪。
- 监护仪：接收并显示心电信号，并将数据传输给服务器。
- 服务器：负责存储心电图数据，并进行分析和诊断。
- 电脑终端：医生通过电脑终端查看心电图数据，进行诊断和记录病人信息。
- 告警系统：监测心电数据，当心脏紧急情况发生时，发送告警信息给医生和护士。
2. 软件系统- 数据传输与存储：设计一个专门的数据库用于存储心电图数据，实现数据的实时传输和存储。
- 心电信号分析：设计算法对心电信号进行分析，检测心脏疾病，并自动诊断病情。
- 医生电脑终端应用：提供一个电脑应用程序，医生可以通过该程序查看和诊断病人的心电图数据，并记录病人信息。
- 远程访问与共享：设计一个远程访问系统，支持医生在其他医院通过网络查看和诊断病人心电图数据。
三、系统实施在系统实施过程中，我们需要考虑以下几个方面：1. 网络架构：建立局域网和互联网，确保心电图数据能够实时传输和存储。
2. 安全性保障：系统在数据传输和存储过程中要保证数据的安全性，防止数据泄露和篡改。
3. 系统集成与测试：各个硬件设备和软件系统的集成与测试，确保系统能够正常运行。
一、心电图机概述1.1 医学仪器概述医学仪器主要用于对人的疾病进行诊断和治疗，其作用对象是复杂的人体，在医学仪器没有大量出现之前，医生主要凭经验通过手和五官来获取诊断信息，现在随着电子信息等技术的发展，医学仪器可以将人体的各种信息提供给医生观察和诊断。
由于生理信号均是微弱的信号，加之人体结构的复杂性和个体差异性，医学仪器在检测研究生物信息时，必须考虑到生物信息的特点，针对不同的生理参量采用不同的方法。
检测一些十分微弱的信息时，必须用高灵敏度的传感器或者电机，对于一些变化极为缓慢的生物信息，要求其检测系统具有很好的频率响应特性。
同时，对于检测到的信号，需要进行必要的处理，才能成为医生诊断的依据，现在能检测到的生理信号十分丰富，到了不用计算机就很难处理的地步。
所以对任何检测到的信号必须进行模/数转换，对不同的生理信息还要采用一些数学方法，如对非线性的生物信息，可通过拉普拉斯变换的办法，将其按线性处理；又如欲将检测到的以时间域表示的信息转换到频率域上，就得采用傅立叶变换的方法。
在生物信息处理过程中，当需要作信号波形分析时，又要用到模拟式频谱分析法（即滤波）和数字式频谱分析法。
另外，对于处理好的生理信号，必须以某种方式显示出来如打印在记录纸上或显示在显示屏幕上等。
图1.1从上述可以看到，医学仪器与其他仪器相比具有其特殊性。
一台完整的医学仪器一般由以下几部分构成：信息检测系统、信息处理系统、记录显示系统以及其他的辅助系统（如图1.1所示）。
检测系统主要包括被测对象、传感器或电极，它是医学仪器的信号源；信息处理系统的作用是对信息检测系统传送过来的信号进行处理，包括放大、识别（滤波）、变换等各种处理和分析，它也被认为是医学仪器的核心，因为仪器性能的优劣、精度的高低、功能的多少主要取决于它，可以说医学仪器自动化、智能化的发展完全取决于信息处理系统技术进步的程度；信息记录与显示系统的作用是将处理后的生物信息变为人们可以直接观察的形式。
心电信号采集和设计的思路及步骤随着科技的不断发展，心电信号的采集和设计已经成为医疗领域的重要技术之一。
心电信号的采集和设计涉及到多个学科领域，需要综合运用工程学、医学、生物学等知识。
在进行心电信号的采集和设计时，需要根据一定的思路和步骤进行，才能够确保设计的准确性和可靠性。
一、心电信号采集的思路及步骤1. 确定采集的对象和目的心电信号的采集对象可以是人体或动物，而其目的主要是用于疾病诊断、健康监测等方面。
在确定采集的对象和目的后，可以根据实际需求选择合适的采集设备和方法。
2. 选择合适的心电信号采集设备心电信号的采集设备通常包括心电图仪、心电记录仪等，而其选择需要考虑到采集的对象、采集的环境等因素。
还需要考虑设备的性能、精度、稳定性等方面。
3. 设计心电信号采集系统在选择好采集设备后，需要设计心电信号的采集系统。
这其中需要考虑到采集通道的数量、采集频率、滤波器的设计等方面。
还需要考虑到信号放大、模数转换等环节的设计。
4. 进行心电信号的采集在心电信号的采集过程中，需要考虑到采集的时间、采集的位置、采集的姿势等因素，以保证采集的准确性和有效性。
5. 数据处理和分析采集到心电信号后，需要对数据进行处理和分析，以求得有意义的结果。
这其中需要考虑到滤波、特征提取、模式识别等方面。
还需要考虑到数据的存储、传输等问题。
二、心电信号设计的思路及步骤1. 确定设计的目的和需求在进行心电信号的设计时，需要明确设计的目的和需求，例如设计一种用于心电信号采集的电路、设计一种用于心电信号处理的算法等。
2. 进行相关知识的学习和调研在确定设计的目的和需求后，需要进行相关知识的学习和调研。
这其中包括心电信号的特性、传感器的原理、信号处理的方法等方面。
3. 进行方案设计在进行心电信号的设计时，需要根据相关知识进行方案设计。
这包括硬件设计、算法设计等方面。
在进行方案设计时需要考虑到设计的准确性、稳定性等因素。
4. 进行模拟仿真和实验验证在设计完成后，需要进行模拟仿真和实验验证。
非侵入式心电信号采集与分析系统设计现代医疗技术的发展日新月异，为疾病的诊断与治疗提供了更加精准和可靠的手段。
而心电信号的采集与分析作为心脏疾病诊断的重要环节之一，在医疗领域中也有着不可替代的地位。
传统心电信号采集与分析系统主要依靠带有电极的传感器贴在人体皮肤上，通过导联线与采集设备相连接，将心电信号转化为电压信号并传输至分析设备。
然而，传统的采集方式存在一些不便之处，例如对测量环境的要求较高、采集设备与人体之间存在物理接触等。
这导致心电信号的采集过程不够便捷和舒适，限制了其在日常监测和长时间追踪中的应用。
为了解决传统心电信号采集方式的缺陷，非侵入式心电信号采集与分析系统应运而生。
非侵入式心电信号采集与分析系统是一种利用非接触式传感器进行心电信号采集的技术。
常见的非侵入式心电信号采集设备包括摄像头等，通过对人体皮肤表面的微小变动进行拍摄和分析，实现心电信号的采集和分析。
设计一套非侵入式心电信号采集与分析系统，需要解决以下几个关键问题：首先是信号采集过程中的噪声干扰问题。
由于非侵入式采集技术对环境较敏感，容易受到来自电源、电磁辐射、运动等因素的干扰，因此需要通过信号处理技术对采集到的信号进行滤波和增强，以提高其质量和准确性。
其次是心电信号的提取与分析技术。
心电信号是一种时间序列信号，通过对信号进行特征提取和分析，可以获取到心率、心律失常等重要的生理状态参数。
常见的分析方法包括时域分析、频域分析和时频域分析等，通过对心电信号的谱特性、波形形态等进行研究，可以及时发现异常情况并提供给医生参考和判断。
此外，非侵入式心电信号采集与分析系统的设计还需要考虑用户友好性和舒适性。
作为一种用于日常监测和长时间追踪的技术，系统应该尽可能简化操作流程，提供友好的界面和交互方式，以便患者能够方便地使用和理解。
同时，系统设备的舒适性也需要重视，可以通过优化仪器的重量、形状和材料等来提高佩戴的舒适性和稳定性。
最后，非侵入式心电信号采集与分析系统还需要考虑数据的安全和隐私保护。
前言本课程设计心电信号采集和心电波形显示，采用AT89C51作为控制器，通过对人体标准三导联信号地采集以及放大滤波等处理，传至控制器实现数据地处理，进而在液晶屏上显示波形以及实现计算心率等功能，设计内容分为硬件部分和软件部分.硬件部分由模拟采集部分和数字处理部分组成.模拟采集部分由前置放大级、二阶高低通滤波器、光耦隔离、一级放大、50Hz陷波电路、增益可调二级放大组成，数字处理部分有AT89C51控制器、A/D转换、LCD160128液晶显示、按键处理模块、阈值报警等构成并且前置级浮地，数字电源和模拟电源分开供电，减少相应地干扰.软件部分需要将单片机与ADC转化部分相连，在8位地ADC进行系统地配置后，进行数据地转化.进行数模地转化.通过建立坐标地方法进行波形地实时显示.另外可以构建心率算法实现其他心率计算等其他功能.设计完成后进行仿真，制作样机，软硬联调后测试预期地性能指标.关键词心电信号，AT89C51，心电波形目录前言11.基本原理11.1心电信号地特点11.2心电检测地原理12.系统总体设计22.1系统结构框图22.2系统功能描述22.2.1 前置放大22.2.2 保护电路32.2.3 屏蔽驱动32.2.4 高通滤波32.2.5 一级放大32.2.6 光电隔离32.2.7 DC-DC转换32.2.8右腿驱动电路42.2.9 50Hz陷波器42.2.10 低通滤波器42.2.11 二级放大42.2.12 A/D转换42.2.13 阈值报警42.2.14 LCD显示42.2.15按键控制53.系统模块设计63.1模拟电路设计63.1.1前置放大器设计63.1.2高通和低通滤波器、50Hz陷波器设计73.1.3一级放大和二级放大设计123.1.4光电隔离设计143.1.5 DC-DC转换设计153.2数字电路设计163.2.1 A/D转换和阈值报警163.2.2 LCD模块显示设计173.2.3数字电源设计183.2.4 按键电路194.软件部分设计19参考文献20附录1：总原理图201.基本原理1.1心电信号地特点心电信号频率低，幅值微弱，常常混杂其它地生理信号.心电信号地电压范围为0.5~4mV，频率范围为0.05~100Hz.测量系统有较高地敏感度，易引入干扰.50Hz工频干扰在测量频率范围内.人体是电地良导体，其它电生理信号也会进入测量系统.人体运动伪差带来电极接触地位置改变影响测量系统.1.2心电检测地原理本心电检测装置根据爱氏标准双极性肢体导联（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）方法，使用三个不锈钢电极，其中一个电极安装在人地右脚，另外两个电极根据爱氏三角形，可连接左手（＋）、右手（－）或右手（－）、左脚（＋）或左手（－）、左脚（＋）.通过后两电极之间地电压差采集心电信号，然后再通过信号地分析处理得到心电波形.2.系统总体设计2.1系统结构框图2.2系统功能描述2.2.1前置放大用两个集成运放和仪用放大器构成前置级放大，增益为G=10，提高输入阻抗.2.2.2保护电路对于心电信号0.5~4mV，可以使用反向并联地硅二极管，低压情况下工频电压干扰300mV左右，可使电压钳制在300mV.2.2.3屏蔽驱动由于测量电极和测量系统有大于1m距离时，会使共模电压不等量衰减，降低共模抑制能力，将屏蔽层接入共模输入信号地等电位点以消除分布电容地影响.2.2.4高通滤波滤除频率低于0.05Hz地电信号.2.2.5一级放大使用集成运放，使得运放增益为G=20.2.2.6光电隔离对信号采用光电隔离，使或部分地信号处理电路不会因干扰地引入影响前置级信号采集地安全性和准确性.2.2.7DC-DC转换将信号采集电路和信号处理电路地电源进行隔离，保证安全.2.2.8右腿驱动电路降低50Hz地工频干扰电压.2.2.9 50Hz陷波器去除50Hz工频干扰信号.2.2.10 低通滤波器滤除高于100Hz地地电信号.2.2.11 二级放大提高信号地电压增益，可调电压增益为G=1~20，获得合适地波形.2.2.12 A/D转换将心电模拟信号信号转化成数字信号，送给单片机处理.2.2.13 阈值报警当干扰电压过高或电极脱落报警.2.2.14 LCD显示显示出心电信号地波形，已检查心脏地情况.2.2.15按键控制调整波形基线地位置和显示屏地显示及保持.3.系统模块设计3.1模拟电路设计3.1.1前置放大器设计前置放大电路地电路图如图2所示,由输入跟随器、仪用放大器、右腿屏蔽驱动和屏蔽层驱动4 部分组成.( 1) 输入跟随器.提供高输入阻抗，获取更强地心电信号, 采用高输出驱动运算放大器TLC084, 具有最大失调电压1.9mV, 超低失调偏移1.2μV/°C.( 2) 仪用放大器.根据系统设计要求采用高精度仪用放大器AD620, 具有高精度(最大非线性度40 ppm)、低失调电压(最大50 μV)和低失调漂移(最大0.6 μV/°C)特性.该仪用放大器地增益范围为1~10 000, 由其放大增益关系式:G = 1+ 50KΩ/Rg, 取G=10, 则算出Rg为5.556 kΩ, 取近似值5.6 kΩ.( 3) 右腿屏蔽驱动.采用高精度运算放大器TLC084,把混杂于原始心电信号中地共模噪声提取出来, 经过一级倒相放大后,再返回到人体, 使它们相互叠加, 从而减小人体共模干扰地绝对值, 提高信噪比.( 4) 屏蔽层驱动.尽管大部分噪声以共模形式存在于人体, 但由于元器件不可能完全对称,电路板又存在一些分布参数（如寄生电容）, 结果使少部分以共模形式存在地干扰噪声以差模信号地方式进入放大器, 而放大器对差模信号地放大能力很强,最终导致信号发生畸变.因此, 采用高精度运算放大器TLC084,通过屏蔽层驱动电路, 用共模电压本身驱动屏蔽层给予中和, 以便将跨接在其上地共模波动减小到零.图2-前置级放大前置放大级通过施加一个幅值为4mV、频率为60Hz正弦信号源，multisium仿真结果如图3所示：3.1.2高通和低通滤波器、50Hz陷波器设计由于心电信号属于低频信号, 为了去掉高频地干扰, 还须通过低通滤波.低通滤波器( LPF) 如图4所示采用归一化设计地BUTTERWORTH 二阶低通滤波, 截止频率fH为100 Hz, 在频率转折处有足够地陡度.放大器地温漂、皮肤电阻地变化、呼吸和人体运动, 都会造成心电信号出现所谓地“基线漂移”现象, 即输出端地心电信号会在某条水平线上缓慢地上下移动.从频谱上说, 这些影响都可以归结为一个低频噪声干扰.文献指出,这些噪声主要集中于0.03～2 Hz.但是, 心电信号中地ST 段和Q 波频率分量集中于0.05～2 Hz, 与上述低频噪声分量很接近.因此,不可简单地把高通截止频率定为2 Hz, 否则将使心电信号地波形出现较大失真.根据美国心脏协会(AHA) 地建议, 去除心电信号中地直流成分地带通滤波器(BPF) 截止频率不得超过0.05 Hz.高通滤波器（HPF）如图5所示截止频率设计为0.05Hz.采用低功耗低噪声地运算放大器TLC084, 每通道供电电流为2.5mA, 噪声8.5nV/Hz(在1kHz 时) , 适合便携式设备.虽然前置放大电路对共模干扰具有较强地抑制作用, 但部分工频干扰是以差模信号方式进入电路地, 且频率处于心电信号地频带之内, 加上电极和输入回路不稳定等因素, 经过前面地前置放大, 低通滤波和一级放大后, 输出仍然存在较强地工频干扰, 所以我们采用“双T 带阻滤波”电路来滤除工频干扰.50Hz 工频陷波电路如图6所示, 放大器采用低功耗低噪声地运算放大器TLC084.图4-低通滤波器图5-高通滤波器图6-50Hz陷波器低通滤波器施加一个幅值400mV、频率为60Hz地正弦电压信号，multisium仿真结果如图7所示：图7-LPF仿真结果高通滤波器施加一个幅值40mV、频率为60Hz地正弦电压信号，multisium仿真结果如图8所示：图8-HPF仿真结果双T陷波器施加一个幅值400mV、频率为60Hz地正弦电压信号，multisium仿真结果如图9所示：图9-50Hz陷波器仿真结果图3-前置级放大仿真结果图3-前置级放大仿真结果3.1.3一级放大和二级放大设计由于经过前置级放大得到地信号依然微弱，所以一级放大如图10所示采用低功耗低噪声地运算放大器TLC084实现增益G=10，提高信号地幅值.经过LPF后地信号幅值送入单片机进行处理幅值太低，需要使用变阻器R39实现G=1~20地增益可调二级放大如图11所示，便于单片机处理和显示.图10-一级放大图11-增益可调二级放大一级放大施加一个幅值40mV、频率为60Hz地正弦电压信号，multisium仿真结果如图12所示：图12-一级放大仿真结果二级放大施加一个幅值400mV、频率为60Hz地正弦电压信号，multisium仿真结果如图13所示：图13-增益可调二级放大仿真结果3.1.4光电隔离设计从人体地安全角度、信号地防干扰角度出发，设计了光耦隔离电路如图14所示，其采用隔离芯片ISO130和TLC084作为主要芯片，可以实现其光耦与放大地功能.图14-光电耦合隔离光电耦合施加一个幅值400mV、频率为60Hz地正弦电压信号，multisium仿真结果如图15所示：图15-光电耦合隔离仿真结果3.1.5 DC-DC转换设计光耦隔离前端电源浮地，采用MC78L05稳压如图16所示提供5V电源.光耦隔离后端电源接模拟地，采用MC78L05稳压如图17所示提供5V电源.图16-前端5V稳压图17-后端5V稳压5V稳压仿真结果如图18所示：图18-5V稳压仿真结果3.2数字电路设计3.2.1A/D转换和阈值报警AD0832是8位逐次逼近模数转换器，可支持两个单端输入通道和一个差分输入通道.电压分辨率为5/256V,约为19.5mV.A/D转换电路如图19所示.阈值报警如图20所示，当电极脱落或输出电压过高时，红色LED灯发光报警.图19-A/D转换图20-阈值报警3.2.2LCD模块显示设计LCD模块采用PG160128A为一个128行160列地点阵液晶屏，能显示各种字符、图形、汉字，基于T6963C内核控制，自带字符库，同时用户也可以自己建立汉字、图形库.LCD显示如图21所示.图21-LCD显示3.2.3数字电源设计供电电源接数字地，采用MC78L05稳压如图22所示提供5V电源.图22-数字5V稳压3.2.4 按键电路按键电路如图23所示控制波形地显示，1、2控制液晶显示基线地上下移动，3控制液晶显示屏上波形地保持和复原.图23-按键电路4.软件部分设计AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器地低电压、高性能CMOS 8位微处理器.将ADC0832与AT89C51对应连接，软件部分需要地ADC转化部分，进行数模地转化.通过建立坐标地方法进行波形地实时显示.另外可以构建心率算法实现其他心率计算等其他功能.经过电路处理后地ECG信号在8位地ADC进行系统地配置后，进行数据地转化.单片机快速采集数字信号，在液晶显示曲线中，通过对液晶建立坐标系，根据转化数据地大小处理后进行160*128像素地显示.我们可通过按键控制坐标系基线地上下移动和控制屏幕地波形显示保持及复原并且控制单片机使红色LED灯在电极脱落或输入电压过大时发光报警.参考文献1.邓亲恺，现代医学仪器设计原理，北京：科学出版社，2005,52.王保华，生物医学测量与仪器，上海：复旦大学出版社，2003,63.杨玉星，生物医学传感器与检测技术，北京：化学工业出版社，2005, 6附录1：总原理图。
心电信号的采集和便携式心电图机的设计1. 本文概述心电图（ECG）作为一种监测心脏活动的重要工具，对于诊断心脏疾病具有至关重要的作用。
随着医疗技术的进步和人们对健康管理的日益重视，心电信号的准确采集和便携式心电图机的设计成为了当前研究的热点。
本文旨在探讨心电信号的采集原理、技术挑战以及便携式心电图机的设计要点，以期为相关领域的研究者和工程师提供有价值的参考。
本文将详细阐述心电信号的生理基础，包括心脏的生物电现象、心电信号的生成机制及其在临床诊断中的应用。
这部分内容将为读者提供心电信号采集的必要背景知识。
本文将深入分析心电信号的采集技术。
这包括传统的电极式采集方法、无创光学成像技术、以及新兴的无线传感技术。
每种技术都有其独特的优势和局限性，本文将对这些技术进行全面的比较和讨论。
接着，本文将聚焦于便携式心电图机的设计。
这部分将涵盖硬件设计、软件算法、数据传输和存储、用户界面等多个方面。
特别地，本文将重点关注如何优化设计以实现高准确度、低能耗和良好的用户体验。
本文将探讨便携式心电图机在临床应用中的挑战和未来发展趋势。
这包括如何提高设备在复杂环境下的稳定性、如何实现数据的远程监控和分析，以及如何整合人工智能技术以提升诊断的准确性和效率。
总体而言，本文将系统性地介绍心电信号的采集原理、技术挑战以及便携式心电图机的设计要点，旨在为心电信号采集和心电图机设计领域的研究和实践提供全面的指导和参考。
2. 心电信号基础心电信号（Electrocardiogram, ECG）是心脏电生理活动的一种表现，它反映了心脏在收缩和舒张过程中的电变化。
心电信号的采集和分析对于心脏疾病的诊断、治疗和预防具有重要意义。
本节将介绍心电信号的基本知识，包括其产生机制、波形特征以及生理意义。
心电信号的产生源于心脏的生物电活动。
心脏由心房和心室组成，其收缩和舒张是由心脏的起搏系统（主要包括窦房结、房室结、希氏束和浦肯野纤维）控制的心肌细胞电活动引起的。
非接触式心电信号采集与分析系统设计心电信号是心脏电活动的产物，可以通过采集和分析心电信号来监测和评估人体心脏的功能状态。
传统的心电信号采集需要使用贴片电极与皮肤紧密接触，然而，这种接触式采集方式存在诸多局限，如不适宜长时间佩戴、需要频繁更换电极等。
因此，非接触式心电信号采集与分析系统的设计成为一项具有重要意义的任务。
本文将详细介绍非接触式心电信号采集与分析系统的设计要点和技术实现。
首先，非接触式心电信号采集与分析系统的设计需要选用合适的采集设备。
常见的非接触式心电信号采集设备包括摄像机、雷达和心电仪软件等。
摄像机可以通过观察人体皮肤的微小变化来提取心电信号；雷达则利用微弱的信号回波来捕捉心脏活动；心电仪软件则结合了信号处理算法和机器学习技术，从用户的照片或视频中提取心电信号。
根据实际需求和可行性，可以选择适合的采集设备进行系统设计。
其次，非接触式心电信号采集与分析系统的设计需要考虑信号采集的精确性和稳定性。
由于非接触式采集设备与心脏活动之间存在较远的距离，信号强度相对较弱，容易受到环境干扰。
因此，在系统设计中需要采用适当的信号放大和滤波技术来提高信号质量。
同时，为了保证系统的稳定性，可以引入自适应滤波器、降噪算法和时频分析等信号处理技术。
这些技术可以有效抑制噪声干扰，提取出准确的心电信号。
接着，非接触式心电信号采集与分析系统的设计需要关注数据处理和分析的方法。
采集到的原始心电信号需要进行数据处理和特征提取，以便对心脏活动进行准确的分析和诊断。
常见的数据处理方法包括时域分析、频域分析和时频域分析等。
时域分析可用于计算心电波形参数，如QRS波群、ST段和T波等；频域分析可用于计算心电信号的频谱特征，如低频和高频成分等；时频域分析可同时考虑时域和频域特征。
此外，还可结合机器学习和深度学习算法，建立心电信号监测和诊断模型，从而实现自动化和精确化的心脏功能评估。
最后，非接触式心电信号采集与分析系统的设计需要关注系统的实时性和可靠性。
心电信号采集与分析软件系统的设计与实现的开题报告1.课题背景心电信号采集与分析软件系统是一种用于获取和处理心电信号的计算机程序。
随着医疗技术的不断发展，心电图已经成为了临床诊断和心血管疾病监测的重要手段。
而心电信号采集与分析软件系统可以帮助医护人员轻松地获取和处理心电图，提高了医疗工作的效率和准确度。
2.研究目的本课题的主要目的是设计和实现一种高效、稳定、易用的心电信号采集与分析软件系统。
具体包括以下研究内容：1）研究心电信号的采集方法和技术，为软件系统的设计提供技术支持；2）设计一个用户友好的软件界面，使医护人员操作简单方便；3）分析、处理心电信号，并提供相关分析报告，帮助临床医生更准确地诊断心血管疾病。
3.研究内容本课题的研究内容主要包括以下方面：1）心电信号采集硬件的选择和配置；2）设计一个用户友好的软件界面，包括数据输入输出、数据分析和报告生成等功能；3）分析和处理心电信号，包括基线漂移、慢波去除、滤波、幅值、节律分析等；4）编写相关算法，实现心电信号的自动分析和诊断；5）测试和评估软件系统的性能和准确度。
4.研究方法本课题的研究方法主要包括以下几个方面：1）文献研究法：研究心电信号采集与分析的相关文献，了解相关技术和市场情况，为软件系统的设计提供理论依据和市场调查资料。
2）实验法：使用相关软硬件进行实验，记录心电信号，并对心电信号进行处理和分析，以验证软件系统的性能和准确度。
3）软件开发法：借助C++、Matlab等编程语言，实现心电信号分析算法和软件系统的设计和开发。
4）案例分析法：分析一些典型的心血管疾病病例，对心电图进行分析和诊断，验证软件系统在临床应用中的准确度和实用性。
5.计划进度本课题的研究计划总时长为半年，具体进度计划如下：第1个月：文献研究和准备实验设备；第2-3个月：心电信号采集、处理和分析算法的设计和编程；第4-5个月：心电信号分析和软件系统开发；第6个月：测试和评估软件系统。
心电信号特点及其采集电路的设计方法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。
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。
