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          基于ARM7的新型嵌入式心電監(jiān)護(hù)儀的研制

          作者: 時間:2014-11-27 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            摘要:本文介紹了一種新型便攜式心電監(jiān)測儀的軟硬件設(shè)計,基于ARM核的32位低功耗微處理器作為系統(tǒng)控制核心,系統(tǒng)采用源碼公開的嵌入式操作系統(tǒng),可實現(xiàn)心電信號的實時顯示和遠(yuǎn)程監(jiān)測,具有輕便節(jié)能、功能強大,安全穩(wěn)定等優(yōu)點。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/266068.htm

            關(guān)鍵詞:心電ECG ARM 液晶顯示屏 TCP/IP協(xié)議

            一、緒論

            心血管疾病是目前對人類危害最大的一種疾病,而心電圖是檢查、診斷和預(yù)防該類疾病的主要手段和依據(jù)。由于傳統(tǒng)的基于PC機平臺的心電監(jiān)護(hù)儀,價格昂貴,體積龐大,不便于移動且主要集中在大醫(yī)院,而無法實時監(jiān)護(hù)患者的病情,給醫(yī)生和病人帶來了很大的不便。近年來,隨著嵌入式和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的飛速發(fā)展,我們研制出一種基于處理器的新型嵌入式心電監(jiān)護(hù)儀,它采用Samsung公司的一款TDMI核的RISC的32位高速處理器S3C44B0X,具有成本低、體積小、可靠性高、操作簡單等優(yōu)點,適用于個人、中小醫(yī)院和社區(qū)醫(yī)療單位,為家庭保健(HHC)和遠(yuǎn)程醫(yī)療(Telemedicine)等新興的醫(yī)療途徑提供良好的幫助與支持。

            二、系統(tǒng)的工作原理

            

           

            圖一 新型嵌入式心電監(jiān)護(hù)儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

            心電信號通過專用電極從人的左右臂采集到后,送入信號調(diào)理電路,先經(jīng)過前置放大器初步放大,經(jīng)高通濾波濾除直流信號及低頻基線干擾后,由后級放大器放大,再經(jīng)濾波器進(jìn)一步濾除50HZ的工頻干擾,經(jīng)低通濾波器后得到符合要求的心電信號,由模擬信號輸入端送入ADC,進(jìn)行高精度的A/D轉(zhuǎn)換。為了更好的抑制干擾信號和防止導(dǎo)聯(lián)松動及脫落,我們在電路中還引入了右腿驅(qū)動電路和導(dǎo)聯(lián)脫落檢測電路。系統(tǒng)控制核心采用Samsung公司的S3C44BOX,液晶顯示屏(LCD)建立良好的人機交互界面,采集到的信號可以通過LCD實時顯示和回放,數(shù)據(jù)通過因特網(wǎng)基于TCP/ IP(傳輸控制協(xié)議、網(wǎng)際協(xié)議) 順序可靠地傳輸數(shù)據(jù)到心電監(jiān)護(hù)中心,為醫(yī)護(hù)人員及時準(zhǔn)確的診斷提供參考。嵌入式實時操作系統(tǒng)采用現(xiàn)在流行的uClinx,管理協(xié)調(diào)各模塊工作,為系統(tǒng)可靠的運行提供保證。

            三、系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計

            3.1、信號調(diào)理電路

            信號調(diào)理電路主要包括:放大器、帶通濾波器、陷波器等。

            

           

            圖二 心電前置放大電路

            人體心電信號屬于強噪聲背景下的低頻微弱信號,一般只有0.05-5mV,頻譜范圍為:0.05-100HZ,心電信號正常輸出時其幅值約為1mV,而A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電平要求到達(dá)1V左右,即心電放大倍數(shù)約為1000倍,由于肌電干擾可能造成前置放大器靜態(tài)工作點的偏移,甚至截至飽和,所以前置放大器的增益不能太大。我們選用AD620儀表放大器作為系統(tǒng)前置放大器,它具有低噪聲、低漂移、高共模抑制比、高輸入阻抗等特點。它的增益通過1腳和8腳的電阻Rg來調(diào)節(jié),可達(dá)1-100倍,計算公式為:G=49.4 /Rg+1。我設(shè)計初級放大倍數(shù)在七級左右,選用精度為0.01%,阻值為8.25 的精密線繞電阻,后級選用TL064將信號放大到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電平要求。

            

           

            圖三 心電后級放大及濾波電路

            為抑制直流漂移和放大器通帶外的低頻噪聲,設(shè)計一個RC高通濾波器;因心電信號的頻率在100HZ以下,為消除高頻信號和50HZ的工頻干擾,還設(shè)計了低通濾波和帶阻濾波器。

            為防止導(dǎo)聯(lián)松動和脫落,設(shè)計導(dǎo)聯(lián)檢測電路,電極脫落時,比較器的輸出電平由正常的高電平變?yōu)榈碗娖?,產(chǎn)生報警信號,提醒患者檢查導(dǎo)聯(lián)。右腿驅(qū)動電路,人體共模電壓檢測出后,經(jīng)倒相放大反饋到人的右腿上,而沒有直接與放大器的地相聯(lián),這樣人體的位移電流不流到地,而是流到運放的輸出端,對AD620減小了共模電壓的拾取。

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          關(guān)鍵詞: ARM7 uClinux

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