放大电路模块中的前置放大器选用的型号为AD620AN,补偿电路中的放大器型号为AD705JN,滤波电路中的放大器为LF411CN,增益控制电路中的放大器型号为OP07C,A/D转化的芯片选用的型号为ADC0832,用来进行数据处理的单片机型号为STC89C51,USB模块选择的器件型号为USB接口器件PDIUSBD12。
2.2 心电采集系统系统结构的设计
本设计系统结构流程如下图,利用单片机STC89C51作为核心控制器,对经过放大、滤波等预处理后的信号进行A/D转换,再上传到上位机进行处理,在上位机则完成一套数据采集、存储和回放的功能。系统的总体结构图如图1.1所示。
图1.1 系统的总体结构图
首先,我们采用标准导联的方式进行采集,由于人们身体产生的信号非常的微弱,两个手臂之间的电位差也是在毫伏级别,所以前置放大器的作用就是先把信号放大8倍左右,设置补偿电路的作用就是消除各种人体信号源中的噪声干扰,之后在经过滤波电路,滤除100Hz以上的频率信号。然后在经过增益控制电路再次放大125倍,总加起来放大1000倍到伏特级别,再把信号送到单片机模块,之后再由上位机进行软件的监控。系统具体结构图如图1.2所示。
图1.2 系统具体结构图
2.3 心电采集系统的可行性论证
通过所学知识所知,对于简单的心电信号的采集,我们首先可以利用传感器进行采集,采集到的信号由于为很小的电位差,所以要经过放大电路,利用放大器AD620AN可以达到前置放大的效果;由于心电检测是在强共模干扰下的微弱信号检测,所以为了提高电路的共模抑制比,常采用对消驱动电路(右腿驱动)来提高共模抑制比,因此设计放大器AD705JN和反馈电阻组成了补偿电路;对于滤波电路,由于是干电池供电, 50Hz的工频干扰信号相对较小,我们使用上位机进行滤除,滤波模块滤除100Hz以上的频率信号,所以运用放大器LF411CN组成三个滤波电路便可达到要求;增益控制电路为最终的放大,只需利用一个OP07C放大器便可达到要求;出来的信号为模拟信号,所以我们需要对其进行A/D转化为数字信号,因为我们只需要简单的信号转化,所以在此只需利用简单的ADC0832芯片就可以达到要求,利用STC89C51单片机设计这一模块,便可实现心电信号的数字化分析处理;处理之后的信号我们需通过通道传输到上位机,这时我们利用USB接口器件PDIUSBD12就可以达到要求;最后上位机部分只需利用软件LabVIEW行进监控,需要进行部分编程便可达到预期目标。
所以综上所述,通过论证,上述系统设计方案可行,可以到达心电采集系统的设计要求。
3. 硬件部分设计
3.1 心电信号采集及电源部分的设计
采集部分使用标准导联的方式,标准导联包括3中方式,分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,首创于20世纪初(1905年),被临床心电图医技人员广泛沿用至今,由于当时独此一种体系,所以又被称为“标准导联”[3]。将电极连接在体表相隔部分距离的几个点上,通过绝缘导线与心电采集仪器的放大器输入端相连,然后所测出的电位差就是我们所需的心电信号,连接方式是将电极捆绑在手腕和脚腕内侧,通过较长的屏蔽线与心电采集仪器相连,这种方式即为“标准导联”。三种方式分别为:
标准导联Ⅰ:右臂(RH)接负极(-)输入端,左臂(LH)接正极(+)输入端,右腿(RL)作为参考电极,接地。
标准导联Ⅱ:右臂(RH)接负极(-)输入端,左腿(LH)接正极(+)输入端,右腿(RL)作为参考电极,接地。
标准导联Ⅲ:左臂(LH)接负极(-)输入端,左腿(LL)接正极(+)输入端,右腿(RL)作为参考电极,接地。 51单片机的心电信号采集处理系统+电路图+封装图(4):http://www.youerw.com/zidonghua/lunwen_2206.html