跟着心电图技能的临床运用和电子技能的开展，心电图作为生物医学丈量中一项较老练、运用较广泛的技能，已逐步成为一种惯例临床查看的手法，并在心脏疾病的确诊、监护以及药效剖析等方面发挥着十分重要的效果。现在常用的心电检测电路多为双电源供电，这种计划需求许多的电源器材和较大面积的布局布线，而这些都将添加产品的本钱。
本文给出的规划选用单电源供电，能够处理上述问题并下降产品本钱，一起该规划还在依据ARM核的嵌入式体系中选用了简略有用的算法，能快速准确定位QRS复波(即核算人的心率)。该规划面向广阔家庭用户而规划，体积较小，只需求一台个人电脑与之衔接，便可实时地操作、观测心电信号。
心电信号收集体系的根本架构如图1所示。人体的心电信号经电极和专用导联线从人体送至体系。经过滤波和扩大调理电路，弱小的心电信号被扩大到适宜的幅值，并处于A/D转化规模之内。
体系的操控和数据的处理由ADI公司依据ARM7 TDMI核的MCU ADuC7020来完结。这款芯片有丰厚的片内外围电路，处理速度高达40MIPS，A/D转化速度可达1MSPS，具有很高的性价比。终究将成果由 ADuC7020经过UART口送至核算机，由核算机经过由LabVIEW编写的界面将成果直观地显示出来或存储下来。图2是根本的硬件电路图。
图1：心电信号收集体系的根本架构。
从人体或是心电信号发生器上收集到的心电信号幅值在0.05～5mV之间(一般为2mV)，频率在0.05Hz～75Hz之间。心电信号要经过缓冲、匹配电阻网络、电压扩大和滤波等几级电路。
心电信号首要经过一个两级的RC低通滤波电路，进入缓冲级。信号进入体系之前，需求除掉高频重量，因而这儿规划了一个截止频率为300Hz的低通滤波器，以确保0.05～75Hz的弱小心电信号不会被衰减。缓冲级由电压跟从器组成，它能够进步整个扩大电路的输入阻抗，下降输出阻抗。为确保差分信号的一致性，应选用集成在芯片上的扩大器。匹配电阻网络一般选用威尔逊电中心端网络，它经过特定的电阻网络取得威尔逊电中心端作为整个ECG体系的参考点。
滤波扩大电路的前级选用负反应差分扩大电路，这儿运用ADI公司可调增益高共模抑制比的外表扩大器AD8221作为前级扩大器。扩大倍数设为8倍，由公式G=49.4kΩ/RG+1核算得到，其间RG是AD8221两个RG管脚之间的电阻值。
图2：根本的硬件电路。
这个电阻应当选用高精度、低温漂的金属膜电阻，以确保AD8221的低噪声功能。AD8221的REF管脚没有接地，而是和一个低通滤波器构成负反应回路，以便能有效地滤除直流重量，从而使U1处的电压一直箝位在1.25V。因为是单电源供电，而不同导联的心电信号电压有正有负，所以必定要供给一个适宜的箝位电压。ADuC7020的AD转化形式下电压输入规模是0-2.5V，这儿就挑选中心值1.25V作为箝位电压。
AD8221输出的单端信号幅值十分小，其间还混有很多搅扰，无法进行数据处理。后级滤波扩大电路由一个增益较大的有源低通组成，增益可调。不同人的心电信号强弱不一样，考虑到有衰减，一般将该增益设为150倍。体系的传递函数为：
这两个低通滤波器都要求具有低电压偏移、低温漂和低噪声特性，ADI公司的轨到轨输入输出双运放AD8607能够很好地满意这些要求。因为第二级扩大器是反相端输入，所以终究得到的信号是反相的，这能够在软件中再作处理。
从维护病人和进步体系的共模抑制比两方面考虑，必须将共模信号反相并扩大后，再反应给人体，这样体系和人体就一起构成了一个电压并联负反应网络，即一般所说的右腿驱动电路。由ADuC7020对处理后的心电信号进行AD转化，挑选定时器操控的ADC采样形式。一次A/D转化完毕，触发ADC中止，在中止服务程序中对数字信号进行处理。
图3：数据处理的根本过程。
处理心电数字信号的关键是对心电信号中QRS复波的准确辨认。正常人的QRS波群的宽度为0.06至0.10秒，且不受心律改变的影响。针对R波很尖利的特色，咱们经过一个滑动时刻窗判别信号峰、谷是否满意要求，一起承认其是否在时刻窗内。对信号幅值的阈值选用双可变阈值法，即对波形设置波峰阈值和波谷阈值。假如峰阈值和谷阈值在一段恰当时刻内有较大改变，则从头设置峰阈值和谷阈值。下面咱们将对QRS复波定位和心律核算进行评论。对开端一段时刻的信号只进行反相和滤波处理，这是为了将倒置的心电信号恢复过来，并防止信号初期的动摇影响阈值。然后在必定的时期内，依据采样得到的数据设置峰阈值Thpeak 和谷阈值THtrough，然后对QRS波进行定位。终究，按以下过程(见图3)进行数据处理。
读取新采样点Ni：
1)判别采样的信号点幅值是否大于峰阈值Thpeak。假如不满意，则回到第1)步。
2)假如满意条件，则开端计数n＝1，并记载n值为peaktime1。将时刻窗的开端边滑至此处。
3)持续采样Ni+1，每采样一次则n＋1。
4)判别新的采样点Ni+1是否小于谷阈值。假如不满意，则回到第4)步。
5)假如满意采样点小于谷阈值Thtrough，则记载该点的n值为troughtime1。
6判别这两次满意幅值要求的信号点时刻troughtime1和peaktime1之差是否在时刻窗内，即是否小于窗宽度THtime。假如不小于THtime，则回到第1)步。
7)假如满意，则这段信号被认为是一个QRS波群。Peaktime1就被定位为一个R波。
有了定位的R波，就能够在此基础上按以下过程核算心率：1)找到第一个R波，并记载n值为peaktime1；2)找到第二个R波，并记载n值为peaktime2；3)依照以下公式核算心律。
实践证明，选用这种算法核算得到的心律准确率高、核算简洁、易于完成，并终究在PC机上观察到心电信号波形和心律值。
