低功耗超大存儲(chǔ)容量的動(dòng)態(tài)心電記錄儀的設(shè)計(jì)

2 小型動(dòng)態(tài)心電記錄儀設(shè)計(jì)構(gòu)架

從圖1可以看出,記錄儀的設(shè)計(jì)分為模擬心電信號(hào)的檢測(cè)、放大與濾波、數(shù)字心電信號(hào)的存儲(chǔ)與處理等部分。即通過導(dǎo)聯(lián)輸入心電信號(hào),經(jīng)放大與濾波、A/D轉(zhuǎn)換后得到數(shù)字化的心電信號(hào),送入單片機(jī)系統(tǒng),由軟件完成QRS波檢測(cè)、處理以及存儲(chǔ),最后通過人機(jī)接口電路將心電波形顯示在LCD屏幕上,或通過RS232接口送出檢測(cè)的波形數(shù)據(jù)到微機(jī)中,供醫(yī)生分析診斷?，F(xiàn)分別加以介紹。

2.1 模擬心電信號(hào)的檢測(cè)放大與濾波

將Ag-AgCI電極貼在病人左臂、右臂和大腿上,從體表獲得的心電信號(hào)經(jīng)高精度、低功耗CMOS運(yùn)放LMC6035構(gòu)成的前置放大器放大后,構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ導(dǎo)聯(lián)輸入ECG信號(hào)由模擬多路開關(guān)CD4052進(jìn)行切換;選中的那一路ECG信號(hào)由低功耗儀器放大器AD620放大,經(jīng)5階全極點(diǎn)無直流誤差的低通濾波器MAX280濾除高頻干擾,再經(jīng)一個(gè)用LMF90芯片設(shè)計(jì)的50Hz陷波器進(jìn)一步抑制電源干擾后,加到全自治式A/D轉(zhuǎn)換器M12L458上進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,從而得到數(shù)字化的心電信號(hào)。

2.2 數(shù)字心電信號(hào)的存儲(chǔ)與處理

本文設(shè)計(jì)的心電記錄儀的最大特點(diǎn)是超大存儲(chǔ)容量,存儲(chǔ)器由四片閃速存儲(chǔ)芯片28F128J3組成,每片存儲(chǔ)容量為16M字節(jié),4片容量總共為64M字節(jié)存儲(chǔ)空間。若以200Hz采樣頻率計(jì)算,每導(dǎo)ECG 24小時(shí)存儲(chǔ)大約17M字節(jié)數(shù)據(jù),三導(dǎo)聯(lián)ECG數(shù)據(jù)大約為51M字節(jié)。為了高保真地記錄心電數(shù)據(jù),醫(yī)生一般不希望進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮,故不采用任何數(shù)據(jù)壓縮方法,直接記錄原始心電數(shù)據(jù)。

2.2.1 大容量閃存28F128J3與單片機(jī)W78LE54的硬件接口

由于28F128J3需尋址16M字節(jié)空間,需要24根地址線,但8位單片機(jī)W78LE54只有16根地址線,可直接尋址64K字節(jié)空間,因此,低16位地址(A0～A15)與單片機(jī)地址線正常相接,通過P0口外接低功耗高速8D鎖存器74HC377擴(kuò)展高位地址線(A16～A23),使單片機(jī)的尋址能力達(dá)16M字節(jié),4片28F128J3的片選信號(hào)Y0～Y3由P1口通過74HCl38譯碼器產(chǎn)生。具體電路連接框圖見圖2。

2.2.2 軟件設(shè)計(jì)

心電記錄儀軟件的主要任務(wù)是心電數(shù)據(jù)采集、QRS檢測(cè)、對(duì)閃速存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)控制、心率數(shù)字顯示與報(bào)警以及與微機(jī)的數(shù)據(jù)串行通信。軟件以5ms采樣速率控制A/D采樣,對(duì)采集來的ECG信號(hào)進(jìn)行非線性變換和積分,形成能量峰,再用改進(jìn)的自適應(yīng)雙閾值峰值檢測(cè)算法進(jìn)行QRS檢測(cè),定出RR間期,取其導(dǎo)數(shù)為瞬時(shí)心率,然后以當(dāng)前4個(gè)心搏的平均心率為新的心率值[4]。將這些數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)于閃速存儲(chǔ)器中,以備醫(yī)生通過串口輸入到微機(jī)中進(jìn)行心電波形的回放、分析、診斷和處理。

本文介紹的心電記錄儀,硬件全部采用低功耗器件設(shè)計(jì),具有存儲(chǔ)容量大、功耗低、體積小、可靠性高的特點(diǎn)。而且對(duì)心電數(shù)據(jù)未采用任何壓縮算法,ECG信號(hào)的保真度高、記錄時(shí)間長(zhǎng),是一種可供讀者參考的小型心電記錄儀。