基于51單片機(jī)的無(wú)線心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，健康已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。心臟疾病是危害人類健康的一大殺手，其偶然性與突發(fā)性的特點(diǎn)使得心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值。由于傳統(tǒng)的心電監(jiān)護(hù)儀不能進(jìn)行遠(yuǎn)距離的實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)，所以便攜式無(wú)線心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)顯得更加重要。無(wú)線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)主要由生理信息與數(shù)據(jù)采集、無(wú)線數(shù)據(jù)通信、控制和顯示等單元組成。目前國(guó)內(nèi)已有用于臨床的無(wú)線心電監(jiān)護(hù)產(chǎn)品，但其采用的方案大都是“采集器+發(fā)送器(PDA或手機(jī))”，從成本上看其價(jià)格昂貴；從無(wú)線傳輸方面看，大多是將心電數(shù)據(jù)以模擬信號(hào)傳輸，這必然導(dǎo)致信號(hào)在傳輸過(guò)程中發(fā)生失真。此外，由于人體電阻差異導(dǎo)致心電信號(hào)在1～10 mV之間變動(dòng)，固定放大倍數(shù)系統(tǒng)缺乏適應(yīng)性。
基于此，這里提出基于C8051F320單片機(jī)的無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集盒和PC監(jiān)護(hù)終端兩部分。數(shù)據(jù)采集盒在設(shè)計(jì)中充分考慮其體積小、功耗低、操作快捷的要求，因此全部采用SMT封裝的元器件；PC監(jiān)護(hù)終端通過(guò)USB接收數(shù)據(jù)。采用VC++編寫(xiě)顯示、存儲(chǔ)、分析處理和報(bào)警等功能程序。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)能滿足病人在100 m范圍內(nèi)活動(dòng)，并能根據(jù)不同病人選擇合適的放大倍數(shù)；由于心電信號(hào)在數(shù)據(jù)采集盒內(nèi)經(jīng)MD轉(zhuǎn)換器處理后才發(fā)送，信號(hào)抗干擾能力更強(qiáng)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1 系統(tǒng)整體構(gòu)成
系統(tǒng)南數(shù)據(jù)采集盒和PC監(jiān)護(hù)終端兩部分構(gòu)成，見(jiàn)圖1。數(shù)據(jù)采集盒采用C8051F320單片機(jī)為核心采集心電數(shù)據(jù)并控制程控放大器，采用NRF24L01模塊收發(fā)數(shù)據(jù)與PC監(jiān)護(hù)終端通信。PC監(jiān)護(hù)終端中 C8051F320單片機(jī)通過(guò)NRF24L01模塊接收心電數(shù)據(jù)并通過(guò)自帶的USB接口將數(shù)據(jù)送至PC機(jī)。

2．2 心電采集與程控放大電路
心電信號(hào)屬于微弱信號(hào)，由于個(gè)體差異，體表心電信號(hào)的測(cè)量幅值范圍為 1～10 mV，在測(cè)量心電信號(hào)時(shí)存在較強(qiáng)干擾，包括測(cè)量電極與人體之間構(gòu)成的化學(xué)半電池所產(chǎn)生的直流極化電壓；以共模電壓形式存在的50Hz工頻干擾；人體運(yùn)動(dòng)、呼吸引起的基線漂移；肌肉收縮引起的肌電干擾等。針對(duì)極化電壓和肌電干擾，采用HOLTER遙測(cè)三導(dǎo)連線和一次性心電電極與人體接觸，其中一次性心電電極采用氯化銀和醫(yī)用壓敏膠制成，能很好地減小肌電干擾。共模干擾的存在要求前置放大器具有極高共模抑制比(CMRR)，不低于80 dB。根據(jù)以上要求，前端放大器采用儀用AD620放大器，放大倍數(shù)約50倍；同時(shí)為抑制基線漂移和高頻噪聲的影響，后端電路采用0．05～100 Hz的帶通濾波器進(jìn)一步處理信號(hào)進(jìn)行，然后通過(guò)50 Hz的陷波電路再次處理信號(hào)。