根据STM32的心电收集仪

现在，心血管类疾病已经成为要挟人类身体健康的重要疾病之一，而明晰有用的心电图为确诊这类疾病供给了根据，心电收集电路是心电收集仪的要害部分，心电信号归于弱小信号，其频率规模在0.03～100 Hz之间，起伏在0～5 mV之间，一起心电信号还掺杂有很多的搅扰信号，因而，规划杰出的滤波电路和挑选适宜的操控器是得到有用心电信号的要害。基于此，本文规划了以STM32为操控中心，AD620和OP07为模仿前端的心电收集仪，本规划简略有用，噪声搅扰得到了有用按捺。

1 整体规划方案

心电收集包含模仿收集和数字处理两部分，本规划经过AgCl电极和三导联线心电收集线收集人体心电信号，经过前置扩大电路，带通滤波电路，50 Hz双T陷波后再经主扩大电路和电平抬升电路把心电信号的起伏操控在STM32的A/D收集规模内，STM32经过定时器设定A/D采样频率，经过均值滤波的方法对得到的数字信号进行处理，终究在彩屏上描绘出心电图形，体系整体框图如图1所示。

图1 体系整体框图

2 硬件规划

2.1 主控模块电路规划

主控模块的STM32F103VET单片机是操控器的中心，该单片机是ST意法半导体公司出产的32位高功能、低本钱和低功耗的增强型单片机，其内核选用ARM公司最新出产的Cortex—M3架构，最高作业频率72 MHz、512 kB的程序存储空间、64 kB的RAM，8个定时器/计数器、两个看门狗和一个实时时钟RTC，片上集成通讯接口有两个I2C、3个SPI、5个USART、一个USB、一个CAN、一个SDIO，并集成有3个ADC和一个DAc，具有100个I/O端口。主控单片机管脚摆放图如图2所示。

图2 STM32F103VET单片机管脚摆放图

2.2 前置扩大电路的规划

前置扩大电路是模仿信号收集的前端，也是整个电路规划的要害，它不只要求从人体精确地收集到弱小的心电信号，还要将搅扰信号降到最低，由于心电信号归于差分信号，所以电路应选用差动扩大的结构，一起要求体系具有高共模按捺比、高输入阻抗、低漂移等特色。因而，挑选适宜的运算扩大器至关重要，这儿挑选仪用运放AD620完成前置扩大，AD620具有高精度、低噪声、低输入偏置电流低功耗等特色，使之合适ECG监测仪等医疗使用。AD620的扩大倍数由1与8脚之间的反应电阻决议，增益G=49.4 kΩRG+1，由于心电信号中含有较大的直流重量，因而前置扩大电路的扩大倍数不能过大，在这儿挑选扩大约10倍，因而反应电阻R6取约5 kΩ，为进步电路的共模按捺才能，这儿用一个OP07检测R10，R4上的共模信号驱动导线屏蔽层，消除分布电容。一起用另一个OP07运放和R5，C3，R7组成右腿驱动电路，在R10，R4上检测到的共模信号经反相扩大器后经R7，反应到人的右腿，进一步按捺了共模信号和50 Hz工频搅扰，这儿右腿驱动有一个对交流电的反应通路，交流电的搅扰可能对人体发生损害，因而这儿要注意做好绝缘办法，一起维护电阻R7尽可能大，取1 MΩ以上。此外体系电源的不安稳也对心电信号的收集有较大影响，因而在本体系中，一切运放的电源脚都并联两个0.1μF和10μF的电容退耦，进步体系的安稳性，前置扩大电路的电路图如图3所示。

图3 前置扩大电路

2.3带通滤波器的规划

早年置扩大电路输出的心电信号还含有较大直流重量和肌电信号，基线漂移等搅扰成分，所需收集的有用心电信号在0.03～100 Hz规模之间，因而需规划合理的滤波器使该规模内的信号得以充沛经过，而该规模以外的信号得到最大极限的衰减，这儿选用具有高精度，低偏置，低功耗特色的两个OP07运放别离组成二阶有源高通滤波器和低通滤波器，高通滤波器由C11，C17，R7，R10组成，截止频率f1≈0.03 Hz，低通滤波器由R8，R9，C10，C13组成，截止频率约为f2≈100 Hz，体系带通滤波器的电路如图4所示。

图4 带通滤波器

2.4 50 Hz双T陷波器规划

工频是心电信号中最首要也最常见的搅扰源，尽管前面的右腿驱动电路对其有必定的按捺作用，可是仍有较大部分进入了后边的电路，因而有必要规划截止频率为50 Hz的带阻电路来进一步滤除搅扰，带阻电路也称陷波器，望文生义，带阻电路便是使某特定频率规模内的信号大幅衰减，而对该频率规模外的信号几乎不发生影响。双T陷波电路是典型的带阻电路，在双T网络中，两个T型网络的参数是对称的，如图5所示的50 Hz双T陷波电路中，R13=R14=2R16=R=32 kΩ，C20=2C19=2C18=C=200 nF，本质上是由两个T型高通滤波器和低通滤波器并联组成，图5所示电路的截止频率f0=1/2πRC≈50 Hz。

图5 50Hz 带阻滤波器

2.5 主扩大以及电平抬升电路规划

心电信号的起伏约为0～4 mV，STM32 AD转化的输入电平要求为3.3 V，因而，为了单片机可以处理收集到心电信号，需将收集到的模仿信号扩大800～1 000倍。前置扩大电路已扩大了10倍，理论上主扩大电路约扩大100倍即可。为保证信号不失真，一般单级扩大不超越10倍，因而，可采纳两级扩大的方法来到达扩大100倍的作用，U9固定扩大10倍，U11的反应电阻选用可调电阻，这样就可以经过变阻器的调理到达扩大100的作用。此外，由于STM32单片机的A/D收集不能收集负电平，因而这儿规划了如U7所示的电平抬升电路把心电信号说到0电平以上，便利单片机收集。

图6 主扩大以及电平抬升电路电路

3 软件规划

得到心电信号后要输入STM32进行AD收集和软件滤波，终究送LCD完成波形显现，单片机初始化后，程序规划定时器每6 ms中止一次，在中止函数里，对读取到的A/D值采纳均值滤波的方式滤除搅扰，然后把之转化与彩屏对应的坐标值，在彩屏上画线完成波形的实时显现，整个体系的程序流程如图7所示。

图7 体系软件流程图

4 测验成果剖析

经过电极片和三导联线在人的左臂，右臂，右腿部收集心电信号经前端模仿电路和STM32处理后，终究在示波器和彩屏上得到的心电信号如图8所示。

图8 体系作用展现图

从彩屏和示波器上所得的心电图来看，50 Hz工频信号和基线漂移得到了较好的按捺，从示波器上可看出，相邻两个波峰之间的时刻大约为900 ms，这与实在的心电信号根本符合，图画明晰安稳，可以较好地反映人体心电特征。

5 结束语

本规划完成的是以STM32为操控中心，以AD620，OP07为模仿信号收集端的小型心电收集仪，该规划所测心电波形根本正常，噪声搅扰得到有用按捺，电路功能安稳，根本满意家居监护以及病理剖析的要求，整个体系规划简略，本钱低价，具有必定的医用价值。