携带集精系统范文第1篇

【关键词】心电信号 μC/OS-II STM32F429 MATLAB

1 引言

心脏疾病一直影响人类的身体健康甚至威胁人类的生命，因此对心脏疾病的预防和诊治是极为重要的。目前，心电信号的研究的频率主要是0.05～40Hz。心电信号具有频率低、随机性强和噪声干扰强等特点。而心电图则是检查和治疗此类疾病的主要依据，由于目前的心电采集设备普遍存在价格昂贵、不便携、体积大和高功耗等问题，使得病人的病情得不到实时监控，这对预防与治疗心脏疾病非常不利。

便携式心电采集分析系统不但扩大了心电信号的应用范围，而且可以让心电信号医疗诊断不受区域的限制并具有实时性。通过内置大容量SD卡能够对患者进行长时间的实时监护，并记录患者的心电数据，再将心电信号数据通过蓝牙模块与PC机进行数据传输，使用PC机上的MATLAB软件对心电信号进行处理与分析。

2 系统整体方案设计

便携式心电采集分析系统总体框图如图1所示。心电信号预处理采集模块由采集电极、滤波网络、AD8232和ADS1278组成。ADS8232芯片内部集成了放大、滤波和右腿驱动电路可以更好地抑制干扰信号。系统采用SD卡可以存储24h的心电数据并可以通过蓝牙模块与PC机进行数据传输，使用PC机上的MATLAB软件对心电信号数据做进一步的处理与分析。

3 设计主要模块

3.1 心电采集模块

心电采集模块由采集电路、滤波网络、AD8232和ADS1278组成，是整个便携式心电图的核心，直接决定整个系统性能的好坏。滤波网络由高通滤波电路和输入缓冲电路组成。A/D转换模块选用ADS1278，其具有微功耗、高精度和24位高性能模数转换器，达到0.5μV分辨率的精度要求。AD8232芯片一款用于提取、放大及过滤微弱的生物电信号的集成信号调理模块。它体积小，缩小了系统的PCB尺寸，以达到系统的便携化。

3.2 数据存储模块

SD卡有存储容量大、成本低、读写速度快的优点，用于存储采集到的心信号数据，通过按键可以选择任意时刻将数据上传到PC机。它有SPI模式和SDIO模式两种模式的接口，选用SPI模式。

便携式心电采集分析系统在存储设计上实现了两个功能：

（1）将24h心电数据存储在SD卡里；

（2）在数据存储程序计上采用FatFs文件协议保存心电信号进行A/D转换后的数据，把采集的心电数据存储为TXT文件格式，如图2所示。建立文件系统有两点好处：

（1）便于心电数据管理，可以方便的把心电数据拷贝到PC机上并通过MATLAB对心电信号进行分析处理；

（2）回读的时候可以方便的根据文件名找到需要回读的数据。

4 测试结果分析

将心电信号三个采集电极分别接到人体的左右臂和右腿，然后采集的心电信号经过心电信号采集模块，在模拟信号转换成数据信号时将ADS1278芯片的采样频率设置为500Hz，将心电信号数据进行IIR数字带通滤波器后如图3所示。利用MATLAB选用Harmming窗实现Welch算法对心电信号数据做进一步的频谱分析如图4所示。

5 总结

基于STM32F429和MATLAB的便携式心电采集分析系统具有实时性、便携性、精度高和低功耗等优点，满足本系统基本要求和预期效果。本STM32微处理器中添加了FIR数字滤波器对采集的心电信号进行了实时的处理已得到较为纯净的心电信号。本系统的蓝牙模块端口可以替换成一个无线模块，把采集的数据和处理的结果以无线的方式传送到服务器。

随着心血管疾病的发病率不断地逐年上升，这种便携式心电采集分析系统具有很高的应用价值和良好的市场前景。本系统达到了有效采集心电信号的预期目标，同时也为心电研究的后续工作奠定了基础。

参考文献

[1]马晓玉.基于STM32和蓝牙4.1的便携式心电采集分析系统研究[D].秦皇岛：燕山大学，2016.

[2]王艳艳.便携式心电图检测仪设计[D].杭州：浙江工业大学，2014.

作者简介

穆真（1994-），女，现为江苏师范大学电气工程及自动化学院工程硕士。主要研究方向为Android软件开发。

携带集精系统范文第2篇

某些仪表需要高能效的信号处理，而半导体供应商可以超低功耗系统级芯片（SoC）技术来应对挑战。这些超低功耗SoC技术集成传感器接口及32位处理器内核，功能强大，足以处理新的用户界面、电容性触摸输入及全速通信，同时功率预算符合典型试纸型血糖仪严格的三年电池使用寿命要求。

注重精密性能及灵活性、软件可配置的传感器接口，这些特性预示着能通过软件适应宽范围的试纸化学成分。这也确保试纸化学成分的纯净，应对更高精度要求，并能快速应对诸如药物相互作用等未预料到的问题。支持包括通用串行总线（USB）在内的宽范围接口及集成液晶显示屏（LCD）驱动器，确保此方案可以快速地集成至多种多样的高性价比应用，而且片外元器件数量极少。

采用系统级芯片（SoC）途径

在便携式自我管理型血糖仪中使用SoC微控制器，为设备制造商及终端用户都可以提供诸多优势。

对于制造商而言，在单芯片中集成宽范围模拟及数字功能，减少了元器件总数量及实现设计所要求的供应商数量，还可以提升总体系统成本的经济性。此外，SoC方案简化系统设计及组装，且节省电路板空间，支持减小整体外形因数，并因此提升设计的便携性。对于需要随身携带产品并希望产品对日常生活影响越小越好的终端用户而言，减小尺寸非常重要。

在SoC的基础构建模块之间拥有“硬连线”（hard—wired）互连，而非在印制电路板（P C B）上拥有焊接的连接及走线（就像分立式元器件方案那样），这样提升了系统可靠性及强固性，并可降低电磁干扰（EMI）易受性。芯片内部的互连也受到良好保护，从而抵御在便携应用中可能常见且不可预测的潮湿及震动效应问题。

在单个封装中结合模拟及数字电路要求具有精深的混合信号技术。利用混合信号技术，除了中央微控制器之外，能够加入的功能还包括用于存储用户及程序数据的闪存及静态随机存取存储器（SRAM）、用于将能效提升至最高的电源管理电路、传感器接口及模拟前端、片上脉宽调制（PWM）、时钟，以及包括完备数据及显示接口在内的输入/输出（I/O）。

由于面临将最新产品快速上市并提供极小前期成本和极高灵活性的压力，对于用于像血糖仪等应用的专用集成电路（ASIC）而言，业界标准的可编程内核已经成为首选。像安森美半导体在设计过程中就已经顾及到便携式医疗应用需求的Q32M210微控制器所使用的ARMCortex—M3内核这样的处理器，支持直接的代码移植，从而能够经济快速地重新设计（re—spin）现有产品。提供高精度及可预测的工作

对于血糖仪等这样的病患监测应用的仪表，如果仪表不精确，后果就会很严重，甚至会有致命性风险。为了在葡萄糖等级测量应用中配合精密感测及提供高精度和可重复性，需要基于16位模数转换器（ADC）、带有低噪声和极佳线性度规格的测量引擎。

精确、工厂校准且温度漂移低的电压参考是帮助确保血糖仪应用混合信号微控制器精确工作的进一步前提要求。它为执行每次葡萄糖等级测量之前所要求的自动校准确立了“所有条件下均可信赖的”参考。

血糖仪工作的另一项关键因素是在任何工作条件下均需要高度的可靠性。血糖仪采用一颗或多颗电池供电，电池电压的变化可能影响测量的品质和可靠性。

为了确保血糖仪中运行的应用的完整性始终得到保持，集成型闪存错误检验及校正电路应当是SoC的一个嵌入式组成部分。使用这样一种机制时，运行时出现的单比特错误就可以被校正，且在出现多比特错误时触发警报。这种方法降低了应用可靠性较低的通过软件进行的错误检验及校正的需求。

此外，SoC微控制器可以包括一些系统功能，例如“输入欠压检测”、“低电池电量检测电路”等功能。看门狗定时器，亦常称作“计算机正常工作定时器”，确保系统在电池供电电压或其他故障条件下始终恢复到确定性状态。

便携性需要高能效

提供最长电池寿命是众多终端市场设计人员承担的一项长期挑战。在便携式血糖仪应用中，电池使用时间达三年是人们想要但又不容易实现的要求。

确保混合信号微控制器SoC的主要元件具有超高能效，是实现符合便携医疗仪表应用电池寿命需求的设计的第一步。这些元件既包括处理器本身，也包括集成最少一颗16位ADCN一颗或多颗10位数模转换器（DAC）的传感器接口，以及为数众多的运算放大器和电压参考。

另外，采用多种工作模式及智能电源监控可以进一步提升总能效。典型的便携式血糖仪应用每天仅要求处于完整的“导通状态”约5分钟，以安森美半导体的Q32M210为例，这表示ARM Cortex—M3内核的工作频率为2MHz，总能耗约为1.6mA，其中包括ADC、DAC、电压参考及运算放大器的电流消耗。不工作状态下提示微控制器进入“休眠模式”，此模式下的电流消耗仅为700nA。这种方法可以将血糖仪的工作寿命提升至最长。可编程性应对多种试纸化学成分

便携式血糖仪设备通过分析插在仪表上的试纸上的一滴血，测试血液中葡萄糖的浓度（糖血症）；多数系统测量表征试纸化学反应的电气特性以确定葡萄糖等级。在不同制造商试纸之间化学成分存在差异的情况下，重要的是可以快速且简单地重新配置血糖仪。诸如Q32M210这样的SoC微控制器通过使用完全可编程的内核及可配置的模拟前端来实现此目的，能够通过软件来满足配合不同试纸化学成分的特定需求。

携带集精系统范文第3篇

关键词：电源管理技术；便携式电子设备；应用

中图分类号：TN-9

文献标识码：A

一、电源管理的必要性

随着科技的发展和进步，越来越多的电子产品行业都在生产便携式电子设备。便携式电子设备与传统的电子设备相比，虽然他们性能相同，但无论是在携带方面还是使用方面，都要比传统电子设备方便和便捷，这也是便携式电子设备越来越受欢迎的主要原因。但是随着便携式电子设备的普及，其耗能过量的问题也逐渐突出，如何在保证便携式电子设备正常运行的前提下，减少过多的电能消耗已经成为现如今电子领域中要解决的主要问题。所以，科学有效的电源管理方式能够最大限度缓解此类问题，能够最大限度地利用有限的电能资源发展更加便捷的电子设备技术。

二、电源管理技术的发展趋势

1.集成趋势

便捷式电子设备是通过不同的电压和电路来对电子设备进行供电的，但是便捷式电子设备的电能储蓄是有限的，所以将电源管理技术的发展方向定位于集成趋势方面，将能最大限度解决这一难题。集成趋势的主要技术内涵就是将多个器件结合在一起，利用最少的器件和成本来进行更加精密的电源管理控制。

2.数字化控制

为了提升便携式电子设备的电源管理技术水平，需要将传统的动态控制转变成数字化电源控制，这种方式能够利用数字化内核的控制，对多个信息传输线路进行有效的控制和转换，从而使电压的控制更加灵活，最大限度优化便携式电子设备的电源管理。

3.精准化趋势

将便携式电子设备的电压进行有效的控制和调节，能使便携式电子设备的控制精准度得到显著提升，所以现如今大多数便携式电子设备的电源管理技术都逐渐向精准化方向发展。当集成电路中的电压过大时，可以通过更加精准化的电源管理技术，将电压一直维持在标准范围内，避免电能的过多消耗。

4.体积优化趋势

随着便携式电子设备的不断发展和进步，越来越多的电源管理技术厂家将技术的发展目标定在了体积优化方面，力求在保证便携式电子设备基本使用功能的前提下，最大限度缩小电源管理器件的体积，并且还非常注重提高电源管理的散热性能和降低产品成本。

三、电源管理技术在便携式电子设备中的具体应用措施

1.随时查看电源循环次数

将电源管理技术应用于便携式电子设备中，可以最大限度减少便携式电子设备的损耗，延长便携式电子设备的使用寿命。可利用电源管理技术随时查看便携式电子设备的使用情况，从而保证用户可以第一时间了解设备的使用情况。

2.优选电源管理方案

在选择电源管理方案时，一定要通过多项性能和功能的对比，选择出最适合便携式电子设备的电源管理方案，从而最大限度地提高便携式电子设备的使用性能。

3.自定义电源选择方案

电源管理技术能够通过利用自身系统的功能，自定义设定电源管理方案，通过便携式电子设备的实时数据和性能的比较，使电源管理方案能够满足用户的日常使用需求，还能够最大限度延长便携式电子设备的使用寿命。

4.定期检查电源健康情况

电源管理技术的主要作用就是能够使用户定期了解便携式电子设备的使用情况和健康情况，所以将电源管理技术应用于便携式电子设备中时，要利用电源管理技术的功能，对便携式电子设备进行定期检查，从而保证便携式电子设备的电源使用情况一直保持在标准之上。

5.定期对电源进行维护

将电源管理技术应用于便携式电子设备后，用户在使用过程中，还要定期对电源进行合理的维护，保证电源的使用性能一直平稳。

参考文献：

携带集精系统范文第4篇

首先统一思想，提高认识。严禁学生携带管制刀具进校园，严防学生因携带管制刀具进校园而导致意外伤害事件的发生，是学校安全的重要组成部分，学校高度重视，切实抓好工作。

其次周密部署，精心组织。我班在政教处的统一安排下，精心组织，周密部署，迅速组织开展“禁止管制刀具进校园”的集中宣传和统一收缴工作。充分发挥班干部的作用，在学校的指导下，通过学生自查、互查等方式，动员学生主动上缴刀具。进一步加强对校园安全的管理，发现有可疑社会人员携带管制刀具进校园要及时查问，并与当地派出所联系，进行严厉查处。发现校园周边有商贩贩卖管制刀具，要及时报告当地派出所，以堵住刀具源头。

第三加强教育，立足长效。借助黑板报等媒体，通过国旗下讲话、召开主题班会、发家长书等形式，大力宣传携带管制刀具的危害。对经常携带管制刀具进学校的个别学生，学生档案，落实定期进行教育，了解情况，加强教育。收到了良好的效果。

根据学校“禁止刀具进校园”活动的通知要求，我班开展了“禁止刀具进班级”的活动，现总结如下。

根据有关法律规定：管制刀具包括：1、管制刀具：包括匕首、三棱刀（包括机械加工用的三棱刮刀）、带有自锁装置的弹簧刀（跳刀）以及其它相类似的单刃、双刃、三棱尖刀；无弹簧但有自锁装置的单刃、双刃刀和形似匕首但长度超过匕首的单刃、双刃刀（如仿“东洋武士刀”）等。2、其他各类非学习所需刀具，如水果刀、工艺刀具等能够对人身造成伤害的刀具。如果发现未成年人携带管制刀具，必须进行劝解和制止，如果屡教不改，就构成《预防未成年人犯罪法》中所说的严重不良行为，就要承担相应的法律责任。

少年儿童携带管制刀具的危害性在于：一是由于玩耍而伤及自己或他人，严重的像本案的陈某一样，构成犯罪。二是少年儿童携带管制月具，容易被不法分子利用，成为犯罪工具，危害公共安全。三是由于携带管制刀具，助长了少年儿童逞强好胜的心理，一旦与同学发生冲突，随身携带的管制刀具很可能成为实施犯罪的工具。因此，制止少年儿童携带管制刀具，是预防未成年人犯罪的需要。

青少年思想比较简单，遇事容易冲动、偏激。在校内外同学之间发生一些磨擦或矛盾都是难免的，一旦不能控制自己，就会酿成无法预计的后果，即害了别人，也害了自己和家人。这样的例子比比皆是。

所以根据公安部门对部分刀具实行管制的暂行规定，不仅仅是未成年人，即便是成年人随身携带属于管制范围的刀具，也同样是不合法的。同时，我国的《治安管理处罚条例》规定：对于非法携带管制刀具的人，即使其未造成任何后果，也要给予治安处罚。

青少年应该做一名明智的守法者。认清携带管制刀具的危害，保证自己及他人的健康成长。

为维护学校良好的治安秩序，保护广大师生的生命财产安全，我班积极配合学校组织落实开展“禁止管制刀具进校园”集中宣传收缴统一行动。青少年应该做一名明智的守法者。认清携带管制刀具的危害，保证自己及他人的健康成长。管制刀具包括：1、管制刀具：包括匕首、三棱刀（包括机械加工用的三棱刮刀）、带有自锁装置的弹簧刀（跳刀）以及其它相类似的单刃、双刃、三棱尖刀；无弹簧但有自锁装置的单刃、双刃刀和形似匕首但长度超过匕首的单刃、双刃刀（如仿“东洋武士刀”）等。2、其他各类非学习所需刀具，如水果刀、工艺刀具等能够对人身造成伤害的刀具。如果发现未成年人携带管制刀具，必须进行劝解和制止，如果屡教不改，就构成《预防未成年人犯罪法》中所说的严重不良行为，就要承担相应的法律责任。

所谓携带，是指随身佩带、夹带或手中握持。所谓非法，是指违反有关法律规定而携带，即依法不能携带上述物品进人公共场所或公共交通工具而仍决意携带。

非法携带枪支、弹药、管制刀具、危险物品危及公共安全罪，是指非法携带枪支、弹药、管制刀具或者爆炸性、易燃性、放射性、毒害性、腐蚀性物品，进入公共场所或者公共交通工具，危害公共安全的行为。

学生为什么要私藏刀具？那位男生在老师的追问下，道出了个中原因：“武打片里的大侠，都是拿着光闪闪的刀，我找不到那么长的刀，就把爸爸的三棱刀拿来了，因为我和同学们约好了，要学大侠的样子过过招。”另一名男生的回答，更让老师哭笑不得：“我看到电视里用刀捅人的镜头，就问妈妈是怎么拍的，妈妈说那是假的，刀是带弹簧的，我觉得挺有意思。正好舅舅那里有把弹簧刀，我就拿到学校来，想给同学们表演自杀。”

学生中出现这种现象，应引起同学和家长的重视。现在的电视剧、网络游戏里面，有大量的打杀场面，这给孩子造成了很大的影响。尤其是男孩子，电视里的武打片更受他们的青睐，而武打片又是现在电视节目里的重头戏。孩子们看多了武打镜头，就有种想模仿的冲动。但是在模仿过程中又没有道具，他们就会想到家中的一些刀具。另外，许多孩子都接触过网络游戏，游戏里多是一些暴力场面，这也会使孩子产生模仿的念头。

学生们只知道学校禁止携带管制刀具，但是却不完全了解刀具的危害。据了解，有一些少年犯罪就是因为携带管制刀具，一时冲动才导致犯罪的。所以，要想使孩子们远离刀具的隐患，家长除了引导孩子收看健康的电视节目，有选择地接触网络，还应该将家中的刀具收藏好，以免给孩子提供接触刀具的条件。孩子如果存在打架的行为，家长不可纵容，应该及时进行教育，更不要让刀具成为孩子们打架时顺手使用的武器，做出伤人害己的蠢事来。少年儿童携带管制刀具的危害性在于：一是由于玩耍而伤及自己或他人，严重的像本案的陈某一样，构成犯罪。二是少年儿童携带管制月具，容易被不法分子利用，成为犯罪工具，危害公共安全。三是由于携带管制刀具，助长了少年儿童逞强好胜的心理，一旦与同学发生冲突，随身携带的管制刀具很可能成为实施犯罪的工具。因此，制止少年儿童携带管制刀具，是预防未成年人犯罪的需要。

携带集精系统范文第5篇

关键词：心电放大电路；波形仿真；低噪声；滤波器；数据采集

中图分类号：TP212.9文献标识码：B

文章编号：1004-373X(2009)05-127-04

Design of Portable and Low Noise ECG Monitor

DONG Weichao,MENG Lingjun,ZHANG Huixin

(Ministry of Education Key Laboratory of Instrumentation Science & Dynamic Measurement,National Key Laboratory for Electronic Measurement Technology,Taiyuan,030051,China)

Abstract：Aimed at the importance of real-time inspect of the ECG signal to ECG signal analysis.A special method for real-time inspectting of the ECG signal is designed.The electrodermal signal gained from the human body which is transmitted by a multiplex selector can be enlarged first transited a preamplifier,next passed a band-pass filter in order to separate high-frequency interfere,and then through a 50 Hz noise rejector,finally the digital signal of electrocardiogram can be gained by the AD of MSP430.The performance of the circuit′s 50 Hz notch filter is good and the noise is low,the waveform of the whole circuit basically does not have the distortion.After testing in the experiment,the waveform of the ECG is clear and stable,basically it can also meet the requirement of the clinical monitor and pathology analysis.

Keywords：ECG amplifier circuit;waveform emulation;low noise;filter;data sampling

0 引 言

监护仪是一种用以测量和监控病人生理参数，并可与已知设定值进行比较，如果出现超差可发出报警的装置或系统。便携式监护仪小型方便，结构简单，性能稳定，可以随身携带，可由电池供电，一般用于非监护室及外出抢救病人的监护。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，因此实时监测病人心电活动，设计自动采集病人心电信号的便携式系统具有重要意义。

传统的导联系统采用通用的三电极方式，右胸上电极及左腹下电极为心电采样电极，右腹下电极为右腿驱动电极。这种联接方式有效实用，有利于便携使用。便携式监护仪分析处理系统可以分为两大部分，一是携带在被检查者身上的袖珍监护仪，二是由微机系统组成的心电图处理诊断系统。被检查者将某一时段的动态心电信号由监护仪记录下来，通过GPRS通信方式将数据传送到医院的心电图处理诊断系统中。心电信号是由人体心脏发出相当复杂的微弱信号，为了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。

本设计的特点：

(1) 目前对心电信号的降噪有多种方法，这里主要从滤波的方面介绍将噪声从信号中分离。滤波采用高通和低通两级滤波，滤波电路经Workbench仿真效果明显。

(2) 与以往双T型50 Hz陷波器不同的是，该设计电路引入放大器形成正反馈，以减小阻带宽度。

(3) 本文为人体日常生活方便,设计了导联电极脱落检测电路，防止运动输入电极脱落。

1 心电信号的特点及整体系统结构

心电信号属医学生物信号，它一般具有以下特点：随机性较强，即信号无法用确定的函数描述，而只能用统计的方法，从大量测量结果中看其规律；噪声背景强，即要测的有用信号往往淹没在许多无用信号中。常规心电信号的频带范围是0.05～100 Hz，在此频带范围内包含了心电信号90%的能量成分。由于心电信号是mV级的信号，因此对于干扰环境而言，它是非常微弱的信号。

心电信号由皮肤电极取自于人体表面，是一种低频率的微弱双极性信号。它淹没在许多较强的干扰和噪声之中。这些干扰主要包括肌电信号、呼吸波信号等体内干扰信号和以50 Hz工频干扰、电极与皮肤界面之间的噪声为主的体外电磁场干扰信号的影响。信号源阻抗大约100 kΩ，信号为10 μV～5 mV，典型值为1 mV，加上周围的电磁干扰(特别是50 Hz的工频干扰)比较大，要求放大电路具有高增益、高输入阻抗和高共模抑制比；为保持信号的稳定，还要求输入失调电压和偏置电流小、温漂小；为了便于随身携带，还要求体积小、电源电压低、耗电少等。

对心电信号进行精确测量，必须设计出性能优良的放大器。放大器的核心和关键是前置级的设计。整个前置级电路由前置放大电路，陷波电路和滤波电路构成。从体表获得的心电信号经导联输入后,ECG信号经运放构成的前置放大器放大,滤波器滤除其中的高频干扰后,再经一个50 Hz陷波器进一步抑制电源干扰,然后通过电平位移进入A/D转换,从而得到数字化的心电信号。

2 电路结构描述，心电信号的传感、放大及滤波

2.1 电路结构描述和仿真

整个监护仪是由前置放大电路，陷波电路和滤波电路构成。医学传感器获得体表的心电信号滤除其他频段干扰后经过放大调理和A/D转换之后传给计算机以供数据分析。其中便携性方面设计了电极脱落检测电路，摆脱电缆羁绊，使使用者能随身携带。硬件电路用Workbench软件进行仿真能实现其功能,采用的滤波函数用Matlab和Filterlab软件仿真之后能达到设计要求。滤波方法采用50 Hz陷波之后，再经过高低通两级滤波，引入放大器形成正反馈，以减小阻带宽度。

2.2 心电输入电极

电极对动态心电图采集记录心电信号的质量至关重要，采用电极应贴附力强、透气性好、吸汗、电极导电性能好、极化电压低的优质电极，此外还应该具有对皮肤刺激小、佩带舒适、拆卸方便等优点。通常采用表面镀有AgCl的可拆卸的一次性软电极，并在电极上涂有优质导电膏。

2.3 前置放大器

便携机前置放大电路是对心电功能进行自动检测的关键部分，要求该系统能在强的噪声背景下，通过体表传感器不失真地将心电信号检测出来，放大至合适的幅度，送入A/D 变成数字信号，供计算机分析处理。

对心电信号等生物医学信号的采集采用模块化的方式，主要由前端医学传感器、信号滤波放大调理电路和A/D采样电路组成。其中调理电路根据不同生物医学信号的频谱和幅度范围的不同选择不同的滤波器和放大电路。通过前置放大部分对ECG信号进行放大，此部分包括右腿驱动以抑制共模干扰、屏蔽线驱动以消除引线干扰，增益设成10倍左右。设计前置放大采用美国模拟器件公司生产的医用放大器AD620。放大后的信号经滤波、50 Hz陷波处理后再进一步放大，后级增益设成100倍左右。由于心电信号幅度最大为几个mV，而A/D转换中输入信号的幅度要求在1 V以上，所以总增益设成1 000倍左右。其中，滤波采用二阶高(低)通滤波电路，用于消除0.05～100 Hz频带以外的肌电等干扰信号，工频中的其余高次谐波也可被滤除掉。同时，采用有源双T带阻滤波电路进一步抑制50 Hz工频干扰。

2.4 心电信号的放大

心电信号属于高强噪声下的低频微弱信号,且电极与体表的接触电阻一般高达几兆欧,所以要求前置放大级应具有高输入阻抗、高共摸抑制比、低噪声、高增益且可调、低功耗和抗干扰能力强的特点。经过比较,选用Analog Device公司的低价仪表放大器AD620。

心电信号的放大具体实现电路见图1。心电信号前置放大级的增益不易设定太高，以免在干扰较强时信号引起严重失真。为更好地消除共模电压，设计了自举屏蔽驱动电路如图1所示。采用缓冲放大器将连接点的共模电位驱动到屏蔽线，在输入共模信号时使屏蔽线与芯线等电位，在差模信号输入时没有影响。为了进一步提高电路的抗干扰能力，采用右腿驱动电路从根本上降低空间电场在人体上产生的干扰。此右腿驱动不是实际意义上的右腿驱动，因为由于此系统的侧重点在于便携操作，选用腹部右下侧设置电极。

图1 心电信号放大电路示意图

2.5 电极脱落检测

由于此系统应用于人体日常生活中，人常常处于活动状态，这样输入电极很可能脱落，从而使系统不能正常工作。为此，设计了导联电极脱落检测电路如图2所示。

图2 电极脱落检测电路

正常情况下，正负电极对人体皮肤形成的极化电压可以互相抵消。当一侧电极脱落时，将有较大的极化电压输入，通过一个比较器，当比较电压超出范围时，认为电极导联脱落，Vo输出电平由正常时的高电平变为低电平，下级三极管导通，蜂鸣器发声指示。

2.6 心电信号的滤波

BT3受到各种噪声的干扰，噪声来源通常有下面几种:工频干扰、电极接触噪声、人为运动肌电干扰(EMG)、基线漂移等。其中50 Hz的工频干扰最为严重，也是最难消除的。其他的各种噪声通过高截低通、高通低截滤波方法可以很好地消除。

从心电电极得到的心电信号先要经过前置放大电路，被处理后的信号具有低噪声、低漂移、低共模抑制比等性能。这时候的心电信号主要受到工频、肌电等信号的干扰。心电信号需经过两次陷波和两次滤波以实现消噪的目的，两次陷波分别滤掉50 Hz的工频信号和100 Hz的倍频谐波信号，两个滤波器分别是0.05 Hz高通滤波器和100 Hz的低通滤波器。这样可得到较为光滑的波形。

2.6.1 陷波电路

陷波器的电路如图3所示，该电路是带双T网络的有源滤波器，其传递函数：

A(S)=1+(sCR)21+2(2-A0)sCR+(sCR)2AV(1)

其中： AV=R1+R2R2(2)

图3 陷波器电路图

与以往双T型陷波器不同的是，该电路引入放大器A2形成正反馈，以减小阻带宽度，使得阻带中心频率附近两边的幅值增大。品质因数Q可以通过变阻器Rw来调节。R和C的值可由中心频率f0确定。

f0=12ΠRC(3)

当f0=50 Hz时，C和R分别取0.068 μF和47 kΩ；f0=100 Hz时，C和R分别取0.068 μF和24 kΩ。

图4为式(1)传递函数的Filterlab 2.0的仿真结果。由此可以看出陷波电路设计符合要求。

图4 陷波电路的幅频和相频特性

2.6.2 带通滤波电路

带通滤波器电路如图5所示，采用的是带反馈的有源滤波器。该电路前半部分是0.05 Hz的高通滤波器，后半部分为100 Hz的低通滤波器。

图5 带通滤波器电路图

高通滤波器的传递函数：

A(S)=-S2C1C3S2C3C4+S(C1+C3+C4)/R5+1/R2R5(4)

低通滤波器的传递函数：

A(S)=-1/R1R3S2C2C5+SC5(1/R1+1/R3+1/R4)+1/R3R4(5)

各电阻电容值的选取，除了能够滤波以外还具有放大作用。以上全部电路所用的放大器均是TI公司的OPA2137。

图6是Matlab的滤波仿真结果，从图中可以看出，信号在50 Hz处被很好地抑制了，滤波的效果非常理想，完全可以达到临床实用的要求。

滤波器对最终信号的质量尤为重要，由于滤波器的性能对元器件的误差相当灵敏，因此在这一级的设计中需要选用稳定而精密的阻容原件，可串联精密电位器以获得较好的效果。

图6 滤波前后的ECG频谱比较

3 结 语

电路中各滤波器的性能与滤波器的参数有直接关系，需经过正确计算。陷波器双T型网络中的电阻和电容需要精确匹配，以保证双T网络的对称，否则陷波深度会受影响。变阻器如何调节将会影响波形的好坏，可在实验中调试得出。

图7是实际电路测试的结果(纵坐标为μV)，可以看到该电路较好地完成了对心电的降噪。当然，在降噪过程中还可以增加屏蔽技术，以进一步减少外部信号的干扰。带通滤波器还可以设计成只带一个放大器的滤波器，使电路更为简单，但是精确率可能会降低。

图7 实测心电信号图

要想获得清晰稳定的心电信号，心电放大器中前置放大器与滤波器的设计很关键,特别是50 Hz的带阻滤

波器尤其重要。本文设计的以AD620型运放构成的心

电放大器可实现输出电压高增益、低噪声、高灵敏度,保证心电信号清晰稳定,按上述设计制作出的监护仪体积小、耗电少、携带方便、工作正常。经实测输出心电波形基本无失真,P波、T波都能得到真实显示。特别是该电路抗50 Hz陷波性能好,信号中基本看不到寄生工频干扰。电路稳定性好,即使电极脱落,基线亦无明显漂移。满足家居监护以及病理分析的要求。

作为便携式监护仪器,硬件结构简单、体积便于携带是其自身固有的特点。本文针对这些特点,心电信号采集存储和数据处理从节省电能和成本方面考虑采用MSP430单片机。为使滤波函数得以更好地实现，可采用具有运算速度快和浮点运算优点的DSP芯片进行改进，使采集的信号失真更小,保真度更高,对ECG信号的采集准确率大大提高，但DSP昂贵的价格会使成本提高。

参考文献

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作者简介

董伟超 男，1982年出生，河北保定人，硕士研究生。主要研究方向为微系统集成技术。