基于ARM7的新型嵌入式心电监护仪的研制

　　1绪论

　　心血管疾病是目前对人类危害最大的一种疾病,而心电图是检查、诊断和预防该类疾病的主要手段和依据。由于传统的基于 PC 机平台的心电监护仪, 价格昂贵, 体积庞大, 不便于移动且主要集中在大医院, 而无法实时监护患者的病情, 给医生和病人带来了很大的不便。近年来, 随着嵌入式和网络通讯技术的飞速发展, 我们研制出一种基于 ARM7 处理器的新型嵌入式心电监护仪, 它采用 Samsung 公司的一款 ARM7TD-MI 核的 RISC 的 32 位高速处理器 S3C44B0X, 具有成本低、体积小、可靠性高、操作简单等优点, 适用于个人、中小医院和社区医疗单位, 为家庭保健(HHC) 和远程医疗(Telemedicine) 等新兴的医疗途径提供良好的帮助与支持。

　　2 系统的工作原理

　　心电信号通过专用电极从人的左右臂采集到后,送入信号调理电路, 先经过前置放大器初步放大, 经高通滤波滤除直流信号及低频基线干扰后, 由后级放大器放大, 再经滤波器进一步滤除50HZ 的工频干扰,经低通滤波器后得到符合要求的心电信号, 由模拟信号输入端送入ADC, 进行高精度的 A/D 转换。为了更好的抑制干扰信号和防止导联松动及脱落, 我们在电路中还引入了右腿驱动电路和导联脱落检测电路。系统控制核心采用Samsung 公司的 S3C44BOX, 液晶显示屏(LCD) 建立良好的人机交互界面, 采集到的信号可以通过LCD 实时显示和回放, 数据通过因特网基于TCP/ IP(传输控制协议、网际协议) 顺序可靠地传输数据到心电监护中心, 为医护人员及时准确的诊断提供参考。嵌入式实时操作系统采用现在流行的uClinx,管理协调各模块工作, 为系统可靠的运行提供保证。

　　3 系统硬件模块设计

　　3.1 信号调理电路

　　信号调理电路主要包括: 放大器、带通滤波器、陷波器等。

　　人体心电信号属于强噪声背景下的低频微弱信号, 一般只有0.05- 5mV,频谱范围为: 0.05- 100HZ,心电信号正常输出时其幅值约为1mV,而 A/D 转换器的输入电平要求到达1V 左右, 即心电放大倍数约为 1000 倍, 由于肌电干扰可能造成前置放大器静态工作点的偏移, 甚至截至饱和, 所以前置放大器的增益不能太大。我们选用AD620 仪表放大器作为系统前置放大器, 它具有低噪声、低漂移、高共模抑制比、高输入阻抗等特点。它的增益通过1 脚和8 脚的电阻Rg 来调节, 可达1- 100倍, 计算公式为: G=49.4/Rg+1。我设计初级放大倍数在七级左右, 选用精度为0.01%, 阻值为8.25 的精密线绕电阻, 后级选用TL064 将信号放大到A/D 转换器的输入电平要求。

　　为抑制直流漂移和放大器通带外的低频噪声, 设计一个RC 高通滤波器; 因心电信号的频率在 100HZ以下, 为消除高频信号和50HZ 的工频干扰, 还设计了低通滤波和带阻滤波器。