摘要
选用外表扩大器和MSP430单片机规划开发了一种简略有用的心电收集丈量体系。经过规范2导联，把生物电信号传送到扩大器，因为生物电信号比较弱小，信号还需求经过二次扩大。运用50 Hz陷波器消除工频搅扰;运用单片机收集数据;选用单端方式，丈量心电信号丈量规模0~600 mV.能够在12864液晶屏上显现，也可经过串口传送到个人计算机。最终为实验体系编写了上位机程序，该体系能够为医师供应患者的长途参阅数据。
跟着微电子技能与工艺的开展，各种电子产品逐步趋于小型化和集成化，而功用更强壮，这使得医用设备家庭化成为可能。跟着我国城市人口老龄化、物质生活的改善，心血管疾病不断添加，人们对这一类疾病的防备和确诊需求也在增加。文中选用TI公司的SOc型混合微处理器单片机，用Altera公司的CPLD做为操控器，处理心电和脉息信号。作为数字前端的心电和脉息信号，经过由扩大器组成的模仿电路，扩大、滤波和陷波处理，经操控体系，经过串口发送到个人计算机，一起设有报警装置。此心电和脉息丈量最小体系以插卡方式给出，经过PCI接口完成对其电源装备和CPLD衔接到液晶显现。
1 心电和脉息处理电路规划
选用规范II导联方式，将电极别离接在人体的左右手腕和左脚腕。详细的衔接如图1所示，左右手两路信号衔接到易用扩大器，左脚接地，进行一次扩大。从人体皮肤测得的心电信号较弱小，而且常常叠加着各种搅扰和噪声，最常见的便是电网的工频搅扰。因而信号要进行二次扩大而且进行50 Hz陷波处理。接下来的数据一路送往报警检测电路，另一路送往单片机处理。
图1 心电与脉息处理电路
因为心电信号弱小，仪用扩大器输入电阻大，共模按捺比高，增益调理便利，运用易用扩大器作为输入级。
扩大器材选用INA128增益
Rg是2脚和8脚之间的电阻值，规划中为滑动变阻器与固定电阻之和，改变规模是220~5220Ω，增益改变规模约为10~228 dB动态规模很大。
心电信号经过扩大后仍需求二次扩大，其电路选用一般的同相份额扩大器经过二次扩大后，所得信号可达4~5 V.为消除50 Hz作业频率的影响，选用传统的陷波器，按捺50Hz噪声。
陷波器有两种：一种是运用双由双T网络和运放组成;另一种是由带通滤波气和相加器组成。文中运用的是带通滤波器和相加器构成的陷波器，如图2所示。
图2 带通滤波器和相加器构成的陷波器
U1信号参加进带通滤波器，运用双踪示波器调查U1和U2波形，调理滑动变阻器使得U2处50 Hz信号最大，带通滤波器中心频率为50 Hz,U1和U2信号等起伏反相位，信号U2进入加法器，微调变阻器使U3输出挨近为零，按捺50 Hz信号，这就完成了50 Hz陷波。因为模仿电路噪声的存在，50 Hz依然有弱小输出，能够经过数字滤波进行消除。
图3是50 Hz陷波今后示波器调查的心电信号。图4是50 Hz陷波今后示波器调查的脉息信号。陷波今后的信号一路送往报警电路，一路送往单片机，进行采样处理。
图3 心电信号
图4 脉息信号
2 MSP430单片机体系规划
MSP430系列单片机是TI公司1996年推出的一个优异的SOC型混合微处理器产品系列，16位的高效的微处理器体系，丰厚强壮的外围电路资源，其间也包含许多高性能的模仿电路资源，低功耗成为被广泛运用的一款单片机规划选用MSP430的2系列单片机。对心电信号进行A/D采样。然后经模仿串口发送到个人计算机。
2.1 Sigma-delta模块
2系列单片机含有独立的16位ADC,而且包含基准源，可编程序增益扩大器以及温度传感器，合适各种高精度丈量运用，SD16模块部分框图如图5所示，它选用Sigma-delta调制技能。
图5 SD16模块部分框图
SD16模块含有独立的操控寄存器，而且有8个独立的差分通道，6通道接到内部传感器，通道7短路，用于0 V校准。其实ADC模块仅仅引出数量有限的通道，原因是管脚受限。
2.2 单片机体系规划
MSP430单片机体系规划硬件框图如图6所示。
图6 MSP430单片机体系规划硬件框图
数据收集部分，运用单端方式，时钟为辅佐时钟32.768 kB,2分频今后，过采样率为256 Hz,实践采样率为64 Hz,相对于心电信号和脉息信号，满意奈奎斯特采样规律。采样数据能够经过模仿串口发送到上位机PC,也能够经过CPLD至液晶屏实时显现波形。
2.3 数据收集和模仿串口发送软件规划
有单片机收集的数据经过串口传送到计算机，运用SPI(Serial Peripheral Interface)协议。
因为计算机串口电平转化，选用Max232N进行规划，电路图如图7所示。
图7 MAX232N与串口protel原理图
MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS~232规范串口规划的单电源电平转化芯片由3部分组成，图7是Protel原理图。
(1)供电部分包含电源和地，别离是16脚和15脚，5V电源。
(2)电荷泵电路部分，功用是供应正负12 V电源，供应RS-232串口运用，运用了前6个引脚，1和3脚之间，4和5脚之间运用了极性电容别离为1μF.
(3)数据转化部分，有两个数据通道。榜首数据通道包含13脚(R1IN)、12脚(R1OUT)、11脚(T1IN)、14脚(T1OUT);第二数据通道包含8脚(R2IN)、9脚(R2OUT)、10脚(T2IN)、7脚(T2OUT)。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转化成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头;DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转化成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。
MSP430单片机低功耗主要靠时钟休眠来完成，中止子程序能够唤醒不同深度的休眠方式。因而，充分运用时中止、休眠和时钟之问的联系，完成数据收集和串口发送。单片机程序流程图，如图8所示。
图8 单片机程序流程图
运用定时器模仿串口通信协议，发生波特率9 600 bit·s-1.因为是16位A/D,每次传送8位到计算机，分两次传输，先传送高8位，然后传送低8位，采样率为64Hz。
3 实验成果和PCB规划
数据经过串口发送到计算机，没有数字滤波之前运用Matlab仿真现显现的波形如图9所示。
图9 心电波形
与正常电信号比较滤波之后能够反映出心脏的根本作业状况。南所以数模混合电路，PCB插卡的规划和调试较重要，数字地和模仿地应分隔且单点衔接。CPLD和液晶在实验基板上，插卡仅仅整个大体系的一小部分。
4 根据LabVIEW上位机规划
规划了根据LabVIEW的上位机界面，LabVIEW是一种图形化程序开发环境，由美国国家仪器(NI)公司研制开发，类似于C和BASIC开发环境，但LabVIEW与其他计算机言语的明显区别是：其他计算机言语都是选用根据文本的言语发生代码，而LabVIEW运用图形化修改的G言语编写程序，发生的程序是框图方式。
图10是上位机程序界面，能够完成心率丈量，数据区域扩大、拖动、存储和回放，既能够主动丈量，也能够设定门限手动丈量。
图10 上位机界面
5 结束语
规划时考虑到了本钱和单片机的资源需求，丈量心电和脉息是分隔的，PCB插卡上有跳线，能够在不同需求时进行挑选。规划选用传统的模仿电路和最新的数字器材，用单片机自带的模数转化模块，对信号进行收集，定时器发生波特率中止模仿串口，经过串口发送到计算机，完成模仿信号的数字化处理，最终运用LabVIEW编写上位机程序。不足之处是，长途传输问题考虑得不行齐备，应当改善。
