便携式心电监护仪的设计

　　随着老龄化的到来、人们生活质量的改善以及健康观念的变化，HHCE( home health care engineer-ing) 在我国突显出广阔的发展前景。它提倡“在家就医，自我保健，远程诊断”　[1]，要求监护设备能够对普通人群在医院以外的地方，如家庭、野外等进行身体状况的监护。

　　在社区心电监护系统中，心电监护仪是 HHCE的重要组成部分[2]。其主要功能是采集并且存储人体的心电数据，方便患者在家庭中使用。为了满足 HHCE 的监护要求，本文设计了一款在社区使用的便携式心电监护仪。该仪器可采集、存储人体的心电参数，实时显示心电波形，并能根据个人需求与医疗服务机构进行通信[3]，具有功耗低、体积小、使用方便等特点。

　　1 心电监护仪的总体方案

　　本设计以德州仪器公司的 MSP430F149 单片机为核心处理器，主要包括心电采集模块、SD 卡数据存储模块、液晶显示模块和 ZigBee 无线通信模块。各模块功能相对独立，便于模块升级与维护。在设计过程中，充分考虑了电磁兼容、抗干扰等问题，并选择功耗低、体积小的元器件。本设计整体框图如图 1 所示。

　　2 心电监护仪的硬件设计

　　2. 1 心电采集模块设计

　　人体心电信号的主要频率范围是 0. 05 ～ 100Hz，幅度范围是 0 ～ 4 mV，信号十分微弱，再加上 50Hz 的工频干扰，使得心电的采集比较复杂[4]; 因此，为了有效地采集到心电信号，从心电电极得到的心电信号先要经过前置放大电路进行放大。放大后的信号具有低噪声、低漂移、低共模抑制比等性能。为了消除频带外的干扰信号，需要对信号进行带通滤　　波; 因此，将放大后的心电信号送到 0. 05 Hz 的高通滤波器和 100 Hz 的低通滤波器进行滤波处理。带通滤波处理后心电信号主要受 50 Hz 工频干扰，因此再将心电信号送到 50 Hz 陷波器进行处理，消除50 Hz 工频信号[5]。其结构如图 2 所示。

　　心电信号经过 50 Hz 陷波和 0. 05 ～ 100 Hz 的带通滤波的处理，实现了消除噪声的目的，得到了较为光滑的波形。

　　心电采集电路的关键是 50 Hz 陷波器的设计，电路如图 3 所示，其中 R1= R2= R，R3= 0. 5R，C1=C2= C，C3= 2C。

　　该电路是带双 T 网络的有源滤波器，其传递函数为

　　图 3 电路在以往双 T 陷波电路[6]的基础上，引入放大器 U2形成正反馈，减小阻带带宽，使得阻带中心频率附近两边的幅值增大。品质因数 Q 可以通过变阻器 Rw进行调节。R 和 C 的值由中心频率f0= 1 / ( 2πRC) 确定。当 f0= 50 Hz 时，C，R 分别取 0. 068 uF，47 kΩ，变阻器 Rw为 50 kΩ。其中电阻和电容需要精确匹配，以保证双 T 网络的对称，否则陷波深度会受影响，在实际测试中通过调节变阻器 R 的阻值来改善采集到的心电波形的质量。图 4 是该电路对采集到的心电信号进行处理的结果图。从图 4 中可以看到该采集电路能很好地完成心电的采集。