蓝牙心电采集终端的设计与实现
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第39卷第8期2018年8月白动化仪表PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION Vol. 39 No. 8 Aug. 2018蓝牙心电采集终端的设计与实现刘照阳1，舒明雷1，孔祥龙1，单珂1，赵凯2(1•齐鲁工业大学(山东省科学院)山东省计算中心（国家超级计算济南中心）医学人工智能重点实验室，山东济南250014;2.齐鲁工业大学（山东省科学院）电气工程与自动化学院，山东济南250353)摘要：现阶段医护用心电（ECG)监护设备价格昂贵，移动性差。
为此，设计了一套基于ADS1298的蓝牙心电采集终端。
采集终端主要由微控制单元(M C U)、采集前端、蓝牙模块以及不同压值电源等部分组成。
终端选取TM4C123GH6PM系列单片机作为控制芯片。
该控制芯片具有高效的信号处理及浮点运算功能，同时集成了高级运动控制的脉冲宽度调制（P W M)和正交编码器接口（QE I)及精密模拟信号处理功能，并且延续了Cortex-M处理器的低功耗、低成本和易使用的优点。
使用T I芯片ADS1298采集人体心电信号。
芯片内置右腿驱动放大器、威尔逊中心终端(W C T)以及P A C E检测电路等，可持续进行导联脱落的检测。
数据经过处理后，存储于SD 卡，并在L C D液晶屏实时显示心电波形。
选用蓝牙芯片与外界设备交互，通过蓝牙端口对接传输心电图数据。
电路板采用电源隔离及滤波芯片以消除工频干扰，结合无限脉冲响应(II R)、有限脉冲响应（F I R)数字滤波技术实现信号杂波消除。
该心电采集终端具有体积小、功耗低的特点，用户操作简单、使用方便。
关键词：心电；蓝牙；ADS1298;采集终端；滤波；有限脉冲响应；无限脉冲响应中图分类号：TH77;TP27 文献标志码：A DOI：10.16086/j. cnki. issn l000-0380.2017110033Design and Implementation of Bluetooth ECG Acquisition TerminalLIU Zhaoyang1，SHU Minglei1，KONG Xianglong1，SHAN Ke1，ZHAO Kai2(1.Key Laboratory of Medical A r t i f i c i a l I ntelligence,Shandong Computer Science Center(National Supercomputer Center i n Jinan),Qilu University o f Technology(Shandong Academy o f Sciences),Jinan250014,China；2.School o f E l e c t r i c a l Engineering and Automation,Qilu University of Technology(Shandong Academy o f Sciences),Jinan250353,China)Abstract：At present,the healthcare electrocardiogram(ECG)monitoring equipment i s expensive and has poor mobility.Thus,a Bluetooth E C G acquisition terminal based on ADS1298has been designed.The acquisition terminal i s mainly composed of microcontrol unit(M C U),acquisition front-end,Bluetooth module,and power supplies of different voltages.T M4C123G H6P M series single-chip microcomputer i s selected as the control chip.This chip has e f ficient signal processing and floating point arithmetic capabilities,integrates the advanced motion control of pulse width modulation(P W M)and quadrature encoder interface (QE I)functions as well as the precision analog signal processing functions，and continues the advantages of low power consumption and low cost of the Cortex-M ing T I chip ADS1298t o collect human E C G signal,its built-in right leg driver amplifier,Wilson Center Terminal(W C T)and P A C E detection circuit,etc.,can continuously conduct lead-off detection. After data processing,the data are stored in SD card,and the E C G waveforms can be displayed on L C D screen in real time.The Bluetooth chip i s selected t o interact with the external devices and transmit the E C G data through the Bluetooth p o r t.Power isolation and f i l t e r chip are adopted in circuit boards,to eliminate power frequency interference,and the signal clutters are eliminated by combining i n f i n i t e impulse response(HR)and f i n i t e impulse response(F I R)di g i t a l f i l t e r i n g technologies.The E C G acquisition terminal features small size,low power consumption and ease operating.Keywords：Electrocardiogram(E C G)；Bluetooth；ADS1298；Acquisition terminal；Filter；Finite impulse response(F I R)；I nfinite impulse response(HR)〇引言心脏类疾病具有突发性和高危险性，患者需要进行有效监护才能及时发现并处理病情。
而现阶段医护用心电（electrocardiogram，E C G)监护设备存在价格昂贵、移动性差的不足[1_3]。
因此，研发一种经济、便携、操收稿日期=2017-11-17基金项目：山东省科学院创新工程专项基金资助项目（2015GGH309003)作者简介:刘照阳（1989—），男，硕士，实习研究员，主要研究方向为体域网、移动医疗、云计算，E-mail:l i UZhy@S daS.〇r g第8期蓝牙心电采集终端的设计与实现刘照阳，等•81•作方便的心电监护终端迫在眉睫。
近年来，嵌入式技术的飞速发展为开展这类研究提供了良好的技术条件。
本文设计了一款基于ADS1298的蓝牙心电采集终端。
以TM4C123GH6PM为核心控制芯片，设计了硬件电路；结合电路滤波以及无限脉冲响应（infinite impulse response，IIR)、有限脉冲响应（finite impulse response，FIR)数字滤波技术，实现了软件功能。
该蓝牙心电采集终端通过蓝牙技术进行交互，实现了心电数据传输。
1系统总体架构本文的硬件电路以TI公司模拟前端ADS1298芯片和低功耗32位单片机TM4C123GH6PM为核心，辅以蓝牙、SD卡、液晶显示屏等相关外设，以及电源电路、单片机复位电路、USB接口电路等外围电路。
系统前端采集传感器捕捉、获取人体电信号。
信号经过ADS1298进行数据处理然后发送至主控芯片。
通过对主控芯片相关接口和寄存器配置，实现心电信号的显示、存储以及蓝牙数据传输。
系统框图如图1所示。
图1系统框图F ig.1Block diagram of the system2系统硬件设计2.1MCU主控模块TM4C123GH6PM是德州仪器公司生产的32位微处理器，具有高效的信号处理及浮点运算功能，同时集成了高级运动控制的脉冲宽度调制（pulse width modulation，PWM)和正交编码器接口（quadrature encoder interface，QEI)功能，USB及CAN2.0等通信功能，精密模拟信号处理功能（如模拟比较器和12位模数转换器），并且延续了Cortex-M处理器低功耗、低成本和易使用的优点。
控制器功能框图如图2所示。
由图2可知，该控制器提供了广泛的应用能力和外设支持，包括一个工作频率为80MHz的ARM Cortex-M4F微处理器内核、系统控制及外设、多种内部存储器、模拟比较器及高速模拟数字转换器（analog-to-digital converter，ADC)，同时还集成了联合测试工作组(joint test action group，JTAG)标准测试协议和串行线调试接口。
除此之外，该控制器还包括一个专用的单精度浮点运算单元(float point unit,FPU)，大大增强了其信号处理能力。
图2控制器功能框图F i g.2Functional block diagram of the controller2.2前端采集模块本文采用TI公司的ADS1298芯片作为心电信号采集前端。
该芯片是一款8通道24位模数转换器的集成芯片，具有8个低噪声可编程增益放大器(programmable gain amplifier，PGA)和8个高分辨率ADC，每个通道功率仅为0.75mW，输入偏置电流为200PA，共模抑制比为-115dB，数据传输速率在250SPS〜32kSPS范围可调[4_7]。
