简易心电图仪(转)

简易心电图仪指导教师：操长茂、吴幼芬队员及年级：易淑华、胡苗苗、曹鹏(专科组，2006 级)学校与院系：江汉大学高等职业技术学院摘要: 本系统以TI 公司的高精度仪表放大器INA2331 和低功耗MSP430 单片机为核心，实现了两路心电信号的采集、存储和显示。

设计采用右腿驱动电路和高通负反馈滤波器等抑制干扰措施，提高了放大器的共模抑制比；选用内部资源丰富的MSP430单片机和液晶显示器LCD 实现了心电信号的存储和回放。

结果表明系统各项技术指标达到了设计要求，具有低功耗低成本的特点。

Abstract：The system which takes the high-precision instrumentation amplifier INA2331 and low-power MSP430 MCU as the core has realizedtwo_channel ECG’s detection, storage and display。

It adopts a right-leg-driven circuit、a high-pass filter with reverse feedback and so on，which makes the CMRR of the preamplifier higher。

By adopted the inner resourcefulMSP430F449 single chip and LCD the ECG can be recorded and playbacking demonstrated。

The results indicate that the major technical specifications ofthe system meet the design requirements, The system has the followingfeatures, such as low-power、and low-cost。

简易心电图仪摘要：本系统主要以TI公司的低功耗msp430单片机为控制核心，由放大电路、右腿驱动电路、滤波网络、心电波形显示、存储与回放等模块组成。

利用高精度仪表放大器INA128和精密放大器OP07级联的方式对两路心电信号放大。

采用有源高低通滤波电路对心电信号进行综合处理。

设计还采用了右腿驱动电路抑制干扰，提高了放大器的共模抑制比。

单片机和液晶显示器实现了对心电波形的显示、存储与回放。

最终达到各项指标的要求，实现了低功耗的特点。

关键字：示波器滤波网络右腿驱动OP07 NE5532目录一、绪论 (3)（一）研究背景 (3)（二）心电图仪的发展现状 (3)（三）研究意义 (4)二、总体设计 (4)（一）便携式要求 (4)（二）设计框图 (5)三、硬件设计 (5)（一）电极的选择 (5)（二）导联方式的选择 (6)（三）放大电路 (7)（四）滤波网络 (8)四、软件设计 (9)（一）软件设计框图 (9)（二）程序源代码 (11)五、测试 (11)（一）测试仪器 (11)（二）系统测试 (11)（三）测试结果 (12)附录 (13)附录一 (13)附录二 (13)一、绪论(一)研究背景有很多病情较轻或者处在康复期内的心脏病患者，在较长时期内都离不开心电监护系统；或者有些心脏病偶发患者需要长期、连续观察心电参数，以捕捉某一瞬间出现的症状；也有些偏远地区的医院遇到疑难病症，病人在较长时间内需要得到上级医院专家的观察。

基于上述情况，开放一种便携的家用心电图仪，使得病人在家里可以观察并记录自己的心电信号，以备医生检查需求。

本设计介绍的就是一款体积小、重量轻、成本低、质量高、操作简单的便携式心电图仪。

(二)心电图仪的发展现状20世纪80年代心电图仪的特点是小型化、记录时间长，回放系统使用了计算机，并能够准确计算心率、异位心搏和ST段改变，打印系统已经普遍配备激光打印机。

20世纪90年代后的心电图仪的特点是体积小、佩戴舒适、存储容量打、电波保真度搞等。

提供计数器计时中断。

计数器的时钟源频率最高可以设置为24.512MHz，经过分频后有多种采样频率可选。

而且凌阳单片机的汇编语言中已经有FIR算法可以直接应用，因此可以做出16阶的数字滤波。

虽然16阶的数字滤波器效果不是十分理想，不能充分发挥数字滤波的性能，但可以起辅助滤波作用。

综上所述，由于本系统除了波形处理外，还要求具有数字存储和回放功能，因此本系统采用模拟、数字滤波相结合的方案，对通过两种标准导联所采集的两路心电信号分别进行以100Hz 和500Hz 为截止频率的模拟低通滤波，对要进行存储的信号，在用单片机采样的同时对其进行数字滤波，截止频率可设置低于50Hz，以避免工频信号干扰，使所存储回放的心电波形更为清晰。

四陷波处理方案论证比较本系统要除去工频50Hz的干扰，需要对混杂在心电信号里的50Hz信号作尽可能大的衰减处理。

处理方案集中在两种：自适应相干模板法和模拟陷波法。

方案1 自适应相关模板法自适应相关模板法利用工频干扰的相关特性，从原始输入信号中得到工频干扰的模板，进而从原始输入信号中减去工频干扰的模板，达到滤除工频干扰的目的。

但这种方法算法虽简单但程序设计比较复杂，考虑到课程设计时间有限，故不采取这个方案。

方案2 模拟陷波法图1 为双Ｔ网络幅频特性曲线。

图1通过图1幅频特性可知，对于ω=ω0的其他频率信号，通过双T网络具有较强的负反馈，因为双Ｔ网络具有良好的滤波特性，在仪表的电源噪声滤波电路中获得了较为广泛的应用，又因为双T 网络具有比RC串、并联网络更好的选频特性，故我们选用双T 网络进行陷波。

综上比较，模拟陷波方案比较简易可行，因此选择模拟陷波方案系统设计综合以上方案论证与分析，我们得出总体设计框如下：图3为心电信号放大电路。

电极采集到的心电信号大约为20 μ V～20mV，而灵敏的仪表放大器INA128 只需外接一个电阻就能将信号放大1～10000 倍，其增益G 与外接电阻的RG 的计算公式为：RG 1G k 50-Ω=当G=1000时，RG=50.05Ω。

课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目: 心电图仪的设计与制作初始条件：1．直流稳压电源 1台 2．双踪示波器 1台3．万用表 1只 4.电阻若干5.电容若干6.集成运放若干7.万用板 1块 8.电源线 4根9.20mm*20mm 薄铜皮 3块要求完成的主要任务:制作一路心电信号放大器，技术指标如下：a．电压放大倍数：1000，误差：±5％；b．－3dB低频截止频率：0.05Hz（可不测试，由电路设计予以保证）；c．－3dB高频截止频率：30Hz，误差：±5Hz；d．频带内响应波动：在±3dB之内；e．共模抑制比：≥ 60dB（含1.5m长的屏蔽导联线，共模输入电压范围：±7.5V）；f．差模输入电阻：≥5MΩ（可不测试，由电路设计予以保证）；系统能显示心率；能在示波器屏幕上较清晰地显示心电波形。

心电波形大致如下图所示：发挥部分：能在计算机上显示相应波形！时间安排：第14周理论讲解，时间:周一5.6节课。

地点：鉴四605.第14—20周理论设计，实验室安装调试，地点：鉴主13楼通信工程综合实验室，鉴主15楼通信工程实验室1。

指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (3)Abstact (3)一.原理电路及方案论证 (4)1方案论证 (4)1.1心电信号放大器设计 (4)1.2有源滤波器设计 (8)1.3低噪声稳压电源设计 (9)二．单元电路原理及设计 (10)2.1前置放大电路设计 (10)(1)前置主放大器设计及参数计算 (10)(2)抗干扰措施 (11)2.2有源高通滤波电路设计 (12)2.3贝塞尔滤波电路设计 (13)2.4陷波问题 (14)2.5稳压电源设计 (14)三．心电图仪总方案及原理图 (15)3.1导联电极说明： (15)3.2设计心电图仪的主要依据如下： (16)3.3心电图仪总方案说明 (16)四．测试与分析 (18)4.1测试仪器 (18)4.2测试数据 (18)4.3误差来源与分析 (19)五．电路仿真 (20)六．体会与建议 (22)七.参考文献 (23)八．仪器仪表明细清单 (24)摘要本系统利用高精度通用运算放大器INA128对输入的心电信号进行放大，再进行高通滤波,滤去高频生物电，同时采用右脚屏蔽驱动电路，消除50Hz生物电和机器信号的影响，最后在数字示波器上得到清晰的心电波形。

心电监护仪参数心电监护仪是一种常见的医疗设备，用于记录和监测患者的心电图信号。

它通过电极贴片将心电信号转换为可视化的波形图，从而帮助医生评估患者的心脏健康状况。

心电监护仪参数是评估心电信号的重要指标，本文将介绍一些常见的心电监护仪参数。

首先，我们来了解一下心电图（Electrocardiogram，简称ECG）信号。

心电图是测量心脏电活动的方法，它用图像的形式展示心脏的电信号变化。

心电图信号由心脏起搏点导致的电信号在心脏组织中传播而形成。

这些信号通过心脏电极贴片接触皮肤，并传输到心电监护仪中进行分析和记录。

心电监护仪参数中最重要的一个指标是心率（Heart Rate）。

心率是指心脏在一分钟内跳动的次数，通常以每分钟的次数计算。

心电监护仪通过分析心电信号中的R波峰的间隔时间来计算心率。

正常成年人的心率范围为60-100次/分钟，但是心率也会受到年龄、性别、体位、环境等多种因素的影响。

另一个重要的参数是心律（Rhythm）。

心律是指心脏跳动的规律性。

正常情况下，心脏的跳动应该是规律而有序的，即心脏的节律性。

心律不齐可能是心脏相关疾病的表现，例如心房颤动、心室早搏等。

心电监护仪通过分析连续的心电信号，可以判断心律的规律性，并提供相应的报警提示。

QRS时限也是心电监护仪参数中的重要指标之一。

QRS时限是指心电图上QRS波群的时间宽度。

QRS波群由心室除极所产生，其时限可以反映心室传导的速度和心脏的功能状态。

正常情况下，QRS时限应在0.06-0.10秒之间。

若QRS时限过宽或过窄，可能与心室传导障碍或心室肌发生的病理性改变有关。

除了上述参数，心电监护仪还可以测量和显示ST段的抬高或压低。

ST段是QRS波群和T波之间的部分，它代表了心室除极与复极之间的时间。

ST段的改变可以反映心肌缺血、心肌梗死等心脏疾病的存在。

心电监护仪可以根据ST段的变化提供警报，并协助医生进行初步诊断。

此外，还有带电量（Charge）和心电向量（Vector）等参数也能帮助医生全面评估患者的心脏健康状况。

文献综述电子信息工程简易心电图仪的设计前言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[1]。

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。

主题根据简易心电图仪设计的要求，并充分考虑各种因素，制定了整体设计方案：以前置小信号放大模块、滤波网络模块、数字处理模块三大部分为主体系统：图1.1心电图仪基本框架输入模块为了满足临床诊断的要求，对心电图仪的电极位置和引线以及与放大器的连接方式有统一规定，称为心电图的导联系统。

目前广泛应用的是 12 导联系统。

其中，又分为双极肢体导联、单级肢体导联和单级胸前导联。

考虑到题目要求，我们仅采用双极肢体导联，这组导联方式又称为标准导联[2]。

在此模块设计方案中引入屏蔽驱动和右腿驱动，以提高系统的共模抑制能力，进而使系统抑制干扰的能力大大增强。

①屏蔽驱动。

与人体相接触的电极到前置放大器之间有两根约1.5m 的导联引线，导联引线用屏蔽电缆。

信号线和电缆屏蔽之间存在分布电容，而两根导联线的分布电容不可能完全相等，加之电极阻抗的不平衡，导致包括输入回路在内的整个放大系统的共模抑制能力降低，从而使抑制干扰的能力下降，为了消除屏蔽层电容的不良影响，可使导联线的屏蔽层不接地，从而取出放大电路的共模电压端，与屏蔽层连接。

②右腿驱动。

人体自身通过各种渠道从环境中拾取工频50Hz交流电压，在心电测量中，形成交流干扰，这种交流干扰常在几伏以上。

为了消除这一交流干扰，采用右腿电极经电阻与放大器接地端相连，以降低人体的共模电压。