基于TDMI核的MCU ADuC7020的單電源心電檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

這兩個(gè)低通濾波器都要求具有低電壓偏移、低溫漂和低噪聲特性，ADI公司的軌到軌輸入輸出雙運(yùn)放AD8607能夠很好地滿足這些要求。由于第二級(jí)放大器是反相端輸入，所以最后得到的信號(hào)是反相的，這可以在軟件中再作處理。

從保護(hù)病人和提高系統(tǒng)的共模抑制比兩方面考慮，必須將共模信號(hào)反相并放大后，再反饋給人體，這樣系統(tǒng)和人體就共同構(gòu)成了一個(gè)電壓并聯(lián)負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，即通常所說(shuō)的右腿驅(qū)動(dòng)電路。由ADuC7020對(duì)處理后的心電信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，選擇定時(shí)器控制的ADC采樣模式。一次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，觸發(fā)ADC中斷，在中斷服務(wù)程序中對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。

圖3：數(shù)據(jù)處理的基本步驟。

處理心電數(shù)字信號(hào)的關(guān)鍵是對(duì)心電信號(hào)中QRS復(fù)波的精確識(shí)別。正常人的QRS波群的寬度為0.06至0.10秒，且不受心律變化的影響。針對(duì)R波很尖銳的特點(diǎn)，我們通過(guò)一個(gè)滑動(dòng)時(shí)間窗判斷信號(hào)峰、谷是否滿足要求，同時(shí)確認(rèn)其是否在時(shí)間窗內(nèi)。對(duì)信號(hào)幅值的閾值采用雙可變閾值法，即對(duì)波形設(shè)置波峰閾值和波谷閾值。如果峰閾值和谷閾值在一段適當(dāng)時(shí)間內(nèi)有較大變化，則重新設(shè)置峰閾值和谷閾值。下面我們將對(duì)QRS復(fù)波定位和心律計(jì)算進(jìn)行討論。對(duì)起始一段時(shí)間的信號(hào)只進(jìn)行反相和濾波處理，這是為了將倒置的心電信號(hào)恢復(fù)過(guò)來(lái)，并避免信號(hào)初期的波動(dòng)影響閾值。然后在一定的時(shí)期內(nèi)，根據(jù)采樣得到的數(shù)據(jù)設(shè)置峰閾值Thpeak 和谷閾值THtrough，然后對(duì)QRS波進(jìn)行定位。最后，按以下步驟(見(jiàn)圖3)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

讀取新采樣點(diǎn)Ni：

1)判斷采樣的信號(hào)點(diǎn)幅值是否大于峰閾值Thpeak。如果不滿足，則回到第1)步。
2)如果滿足條件，則開(kāi)始計(jì)數(shù)n＝1，并記錄n值為peaktime1。將時(shí)間窗的起始邊滑至此處。
3)繼續(xù)采樣Ni+1，每采樣一次則n＋1。
4)判斷新的采樣點(diǎn)Ni+1是否小于谷閾值。如果不滿足，則回到第4)步。
5)如果滿足采樣點(diǎn)小于谷閾值Thtrough，則記錄該點(diǎn)的n值為troughtime1。
6判斷這兩次滿足幅值要求的信號(hào)點(diǎn)時(shí)刻troughtime1和peaktime1之差是否在時(shí)間窗內(nèi)，即是否小于窗寬度THtime。如果不小于THtime，則回到第1)步。
7)如果滿足，則這段信號(hào)被認(rèn)為是一個(gè)QRS波群。Peaktime1就被定位為一個(gè)R波。

有了定位的R波，就可以在此基礎(chǔ)上按以下步驟統(tǒng)計(jì)心率：1)找到第一個(gè)R波，并記錄n值為peaktime1；2)找到第二個(gè)R波，并記錄n值為peaktime2；3)按照以下公式計(jì)算心律。

實(shí)踐證明，采用這種算法計(jì)算得到的心律準(zhǔn)確率高、計(jì)算簡(jiǎn)便、易于實(shí)現(xiàn)，并最終在PC機(jī)上觀察到心電信號(hào)波形和心律值。