簡(jiǎn)易心電圖儀設(shè)計(jì)報(bào)告

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1、簡(jiǎn)易心電圖儀設(shè)計(jì)報(bào)告【摘要】本系統(tǒng)前級(jí)使用儀表放大芯片INA128作為前置放大電路的核心器件，放大從人體采集的微弱心電信號(hào)，中間級(jí)采用雙T型陷波網(wǎng)絡(luò)來(lái)濾除采集信號(hào)時(shí)所夾雜的50Hz工頻信號(hào)。再經(jīng)高通，低通濾波網(wǎng)絡(luò)來(lái)濾除心電信號(hào)中的其他干擾信號(hào)，使信號(hào)輸出不失真，末級(jí)由OP07構(gòu)成第二級(jí)放大電路，最后輸出檢測(cè)到的心電信號(hào)，并且單片機(jī)MSP430F149會(huì)控制心電信號(hào)在示波器上顯示，同時(shí)也能控制實(shí)現(xiàn)心電波形的存儲(chǔ)和回放。，關(guān)鍵詞：INA128前級(jí)放大濾波網(wǎng)絡(luò)心電波形存儲(chǔ)及回放單片機(jī)控制一．系統(tǒng)分析與方案論證人體的心電信號(hào)屬于強(qiáng)噪聲背景下微弱的低頻信號(hào)，一般人體心電信號(hào)幅值為0.02～5mV,頻

2、帶寬度為0.05～100HZ，心電電極阻抗較大，一般在幾百千歐以上。在檢測(cè)生物電信號(hào)的同時(shí)存在強(qiáng)大的干擾，主要有電極移動(dòng)引起基線漂移（一般小于1HZ），電源工頻干擾（50HZ），肌電干擾（幾百HZ以上）。所以本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和重點(diǎn)就是心電信號(hào)采集與放大、濾波部分，另外要做到心電信號(hào)的存儲(chǔ)與回放，故通過(guò)單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)。最后通過(guò)系統(tǒng)調(diào)試，得到放大，無(wú)干擾的心電信號(hào)。1.1系統(tǒng)框圖人體心電信號(hào)雙T型陷波網(wǎng)絡(luò)一級(jí)前置放大電路傳感電極11驅(qū)動(dòng)屏蔽電路高低通濾波網(wǎng)絡(luò)二級(jí)放大電路輸出顯示在示波器單片機(jī)內(nèi)部A/D數(shù)據(jù)存儲(chǔ)外部D/A轉(zhuǎn)換MSP430F149型單片機(jī)顯示與回放1.2方案論證（1）信號(hào)采集抑制

3、干擾電路在此模塊方案中引入右腿驅(qū)動(dòng)，以提高系統(tǒng)的共模抑制比，是系統(tǒng)抑制干擾能力增強(qiáng)。右腿驅(qū)動(dòng)：人體自身通過(guò)各種渠道從環(huán)境中拾取工頻50HZ交流信號(hào)，在心電信號(hào)采集時(shí)形成強(qiáng)工頻干擾，并且這種交流干擾常在幾伏以上，干擾很大，容易淹沒(méi)人體心電信號(hào)，為了消除這一交流干擾，采用右腿電極經(jīng)電阻與放大器的接地端相連，以降低人體的共模電壓。把通過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò)取出的交流共模電壓，送入右腿驅(qū)動(dòng)放大器放大，經(jīng)過(guò)一個(gè)限流電阻接到右腿電極，即等效為以人體為相加點(diǎn)的共模電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路。（2）心電微小信號(hào)的放大方案一：采用常見(jiàn)的同相放大電路，對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大（圖a）。根據(jù)理論公式進(jìn)行計(jì)算可得電路的放大倍數(shù)為：Av=Vo/

4、Vi=1+R1/R2。選擇不同的阻值可以得到不同的放大倍數(shù)，但這個(gè)電路不適合小信號(hào)的放大。方案二：選用低噪聲、高共模抑制比(120ds)、高輸入阻抗、低漂移、低功耗、寬供電范圍(2.25～18V)的高性能儀表放大器INA128，井具有輸入腳電壓保護(hù)功能(40v)。INAl28的外部電阻設(shè)定腳上接入不同阻值的電阻，可以完成1—10000放大倍率的設(shè)定，其帶寬在增益Av＝100時(shí)，達(dá)到200kHz，具有高增益帶寬積。此方案選用20世紀(jì)90年代利用激光校準(zhǔn)技術(shù)制成的儀表放大器，簡(jiǎn)化了前置放大器電路，是儀器穩(wěn)定性大為增加。另外，要求達(dá)到題目放大倍數(shù)為1000的指標(biāo)，所以在濾波網(wǎng)絡(luò)之后又增加了第二級(jí)

5、放大，采用低噪聲，高性能的OP07作為二級(jí)放大芯片。由以上分析，在滿足放大倍數(shù)、高共模抑制比的前提下，選用方案二（3）濾波網(wǎng)絡(luò)處理心電信號(hào)的頻率帶在0.05～100HZ,所以本系統(tǒng)采用濾波的方法對(duì)心電信號(hào)作進(jìn)一步的降噪處理，抑制外界干擾，是心電波形不失真，更平滑。方案一：用已有的濾波算法實(shí)現(xiàn)離散數(shù)字濾波。在不提高成本的前提下，用單片機(jī)控制時(shí)鐘頻率來(lái)改變?yōu)V波的截至頻率。可以滿足題目要求的低高通各自的截止頻率，但是數(shù)字濾波器要求足夠高的階數(shù)，才能取得較好的濾波效果，而單片機(jī)性能不足以完成高階IIR或FIR濾波算法。11方案二：采用多級(jí)濾波網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過(guò)前置放大的心電信號(hào)，主要存在工頻、肌電等干擾信

6、號(hào)，所以從前置放大模塊出來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)雙T有源陷波器過(guò)濾50HZ工頻信號(hào)，再將其送到0.05HZ高通濾波器和低通濾波器組成的帶通濾波網(wǎng)絡(luò)濾除心電有效頻帶以外的肌電干擾信號(hào)，經(jīng)過(guò)此三級(jí)濾波電路組成的濾波網(wǎng)絡(luò)之后，心電信號(hào)變的純凈多，可以得到更加平滑的波形。以上兩個(gè)方案，考慮到實(shí)際可行性以及效果的好壞，所以采用方案二。（4）輸出數(shù)字信號(hào)處理從濾波網(wǎng)絡(luò)輸出的模擬信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)內(nèi)部的A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，采用美國(guó)TI公司的MSPF149。它功能較強(qiáng)、兼容性好、性價(jià)比高、超低功耗；較高的數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算能力，系統(tǒng)最高時(shí)鐘頻率可達(dá)10MHz,運(yùn)行速度快，內(nèi)部集成12位A／D轉(zhuǎn)換器，不需外加A／D轉(zhuǎn)換

7、器，這樣心電圖形輸出就可實(shí)現(xiàn)控制顯示的特點(diǎn)，并且可以實(shí)現(xiàn)心電信息的存儲(chǔ)，液晶顯示采用LCD12832現(xiàn)，作為菜單顯示，單片機(jī)采集和處理的數(shù)據(jù)，輸出給液晶顯示，與單片機(jī)是串行連接。另外再通過(guò)外加一個(gè)D／A轉(zhuǎn)換器TLV5616，隨時(shí)都可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模擬信號(hào),再輸出到示波器上顯示心電波形，這樣就在數(shù)字信號(hào)處理部分實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)，回放功能。二．系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1前置放大電極采集到的心電信號(hào)大約為20uV～20mV,題目要求放大1