基于Atmega8单片机的心电信号检测处理系统

　　心脏病是威胁人类健康的三大杀手之一.据权威统计,心脏病死亡人数呈逐年大幅上升趋势.降低心脏病死亡率的根本措施是早诊断,早预防,早治疗.而早诊断和早预防的关键是及时掌握病人心电图的微小变化.现在常用的心电图设备如心电监护仪对于诊断和治疗心脏病发挥了重要作用,但是由于仪器设备的使用受到使用地点、时间、重量、体积等客观条件的限制,从而在一定程度上影响了及时诊断和治疗.如果要更方便的让患者使用心电监护仪,就必须将心电监护仪的价格降低,重量及体积减小且便于携带.因此,在前人成果的基础上进行将其便携化、普及化的研究具有一定的科学意义和实用价值.

　　本文主要介绍了心电信号的前置级处理,基于单片机的信号采集处理的软硬件设计,以及单片机与PC机的串口通信软硬件设计相关内容.硬件部分At-mega8单片机与RS232接口的电路连接较为简单,软件设计包括数据采集,A/D转换和串行通信程序设计.心电信号的前置级处理中采用差动放大,然后经过肌电和工频滤波得到较为准确的模拟信号.

　　1　系统组成以及工作原理

　　心电监护仪主要完成对临床监护病人的心电信号的采集、处理、显示和传输,让医生快速准确的对病人的病情进行诊断,实现医生快速地提出治疗方案.心电监护仪设计要求实现的功能:心电信号的提取放大; 50Hz工频及40Hz肌电滤波;单片机数据采集及A/D转换;PC机实时显示;容易操作.心电监护仪由前置放大电路、右腿驱动电路、肌电滤波电路、工频滤波电路、串口通信电路组成.其系统框图见图1所示,在图中,放大电路主要采用差动放大来提高输入阻抗.

　　为了实现整个设计目标,达到系统采集和处理的要求,我们需要对生物医学信息进行分析,从而得到信号采集和处理要求,并根据相应的采集和处理参数,从而确定整个系统架构.

　　1.1　前置级放大电路　选择LF353作为前置级放大器,它是BI-FET双运算放大器,它具备低功耗,高电压增益(94~106 dB),高共模抑制比(70~86 dB),高输入阻抗(1012Ω),低偏置电流,有输出短路保护,有内部频率补偿电路,温度漂移系数小等特性;工作电压为≤±18V,输入电压范围为±15 V[1].A1,A2组成同相并联输入的第一级放大,以提高放大器的输入阻抗.A3为差动放大,作为放大器的第二级.此电路的特点是:①A1,A2构成的第一级电路因信号从同向侧输入能提高放大器的输入阻抗(高达10M欧姆);②输出回路不产生共模电流,电路的共模抑制能力只与A1,A2的共模抑制比CMRR1, CMRR2的匹配有关系,与外围电路电阻是否匹配完全无关;③采用对称形式,有利于克服失调,温漂的影响.传递放大级A3的接入,隔断共模电压在电路中的传递.A3的CMRR主要取决于外围电路电阻的匹配.如图2所示,是由3个集成运放组成的数据放大器.