基于S3C44B0X的新型便携式心电监测仪的研制

　　0　引　言

　　随着人类生活节奏的加快和人民生活水平的提高,心血管疾病的发病率迅速上升,严重威胁着人类健康,心电信号(ECG)是诊断此类疾病的重要依 据,对其进行方便、快捷的监测,对此类疾病的急救和治疗具有十分重要的意义。但当前心电监测设备往往外形笨重、费用昂贵且主要集中于医院,这些都给患者和 医护人员带来了诸多不便。

　　为此,研制了一种新型的便携式心电监测仪,不仅能够实时显示心电波形,而且可以及时地将心电信号通过以太网传送到远端的医院或护理中心,以供医 护人员做出及时的诊断和救治。它具有轻巧节能、操作简便、功能完备等特点,为心血管疾病的防治提供便利,同时也为家庭保健(HHC)和远程医疗 (telemedicine)等新兴的医疗途径提供了有力的支持与帮助。

　　1　系统构建及工作原理

　　基于S3C44B0X的新型便携式心电监测仪的系统结构如图1所示,以标准第Ⅰ导联为例将其工作原理阐述如下:首先通过医用Ag2AgCl导联 电极取得左、右臂心电信号,放大与调理电路对原始心电信号进行放大和滤波处理,将微弱且极易受外界干扰的心电信号提取出来。为了更好地抑制干扰,引入了右 腿驱动电路。系统采用Samsung公司的S3C44B0X作为控制核心,通过液晶屏幕(LCD)对心电波形实时显示,也可以通过TCP/IP协议利用 10BaseT以太网(Ethernet)接口对采集到的数据高速传输。以太网接口通过隔离很好地切断了传输线对模拟心电信号的干扰,而隔离前的电路均由 隔离浮地电源供电,有效隔绝漏电流和意外高压,保证了系统的安全性。嵌入式实时操作系统(RTOS)μC/OS2II协调各功能模块工作,使系统具有很高 的实时性和可靠性。

　　2　硬件电路设计

　　2.1　信号放大与调理电路

　　信号放大与调理电路包括信号放大电路、滤波电路以及驱动电路,如图2所示。

　　心电信号取自高阻抗的人体体表,属于强噪声背景下的微弱信号。为此,系统采用AD公司仪表放大器AD620作为系统的前置放大器,噪声、漂移 低,且有很高的输入阻抗和共模抑制能力。AD620放大倍数G由单一电阻Rg决定。增益公式G=1+(49.4 kΩ/Rg)。这里选用精度为0.01%、阻值为8.25 kΩ的金属膜电阻。较低的前置放大倍数有效地防止了前置放大出现饱和现象。后级通过通用集成运放OP07将信号放大直至满足A/D采集要求。心电信号主要 集中在100 Hz以下的低频段,本文截取0.05~100 Hz的心电信号,能很好地满足诊断要求,同时也可以有效去除肌电、电磁等各种低高频干扰。为此,设计了2阶有源低通和高通电路滤除频带以外的信号。然而强 大的50 Hz工频干扰仍为于频带以内,鉴于此,选用了BB公司的UAF42,只需通过外接合适的外部电阻便可方便地实现陷波功能,同时可以克服以往陷波电路的电容 电阻的匹配和损耗问题。