基于nRF24E1的无线心电监护系统设计

　　0 引言

　　不少身体情况不稳定的老年人和有心脏隐患的病人，都需要全天候的心电监护。但目前市场上的心电监护仪存在着价格贵、使用不方便的问题，本系统致力于解决这个问题。系统利用两片高集成度的无线收发芯片nRF24E1，一片放在使用者端上用以传输采集到的心电信号，为发射端，一片通过USB口与PC相连，用以接收无线信号，为接收端。利用家用PC完成对心电信号的复杂处理，并不会占用电脑多的资源，却能很好地完成心电信号的处理工作，分析计算出使用者的健康状况。 心电信号是微弱的生命信号，因此在采集、传输、处理的过程中一定要保证采集到的信号的真实信和纯净性，使其能够准确地反映使用者的身体状况。因此整个过程中抗噪是非常重要的，系统在芯片的选择、硬件及软件测试上都做了充分的考虑。

　　本系统主要由如图1所示的几个部分组成，其工作原理是：系统的发射端首先采集人体的微弱的心电信号，经过仪表放大器INA128将信号放大到合适的大小， 通过低通滤波滤去易产生干扰的高频分量， 然后将模拟的电信号转换成数字信号，完成纠错编码，再通过nRF240E1内置的RF模块nRF2401发射。 接收端负责对接收到的心电信号解调并校验，之后再转换成符合USB协议的信号传给PC机，由PC机完成信号处理工作。

　　1 信号采集模块

　　从测量技术上来说，心电信号属于强噪声背景下的低频微弱信号，幅度为10μV～5mV，主要的频率范围为0.05～100Hz，传统的心电采集模块系统通常采用多级前置放大，以免放大器饱和。 但多级级联会造成信号传输的时间延迟及衰减，且级间很难完全匹配。

　　本系统采用一次性放大的方法，利用低功耗高精度的通用仪表放大器INA128来放大心电信号。 选用此芯片在于INA128采用激光进行修正微调技术， 具有非常低的偏置电压(50mV)和高共模抑制比(在G=100 时120dB);其电源电压低至±2.25V，功耗非常小，非常适用于便携设计;其静态电流只有700uA，因此芯片本身的内部噪声小，抗噪性好，非常适用于心电信号放大; 该芯片仅需通过调节单个外部电阻RG， 就可实现从 1至10000 的任一增益放大(用Av表示)，非常方便控制及调试。 其中：

　　为避免放大饱和，外部电阻RG采用可编成电阻。 nRF2401内部的单片机根据采集到信号大小来控制放大倍数，当采样信号为持续多个最大值时，单片机增大外部电阻RG的阻值，减小放大倍数;反之，则减小外部电阻阻值，增大放大倍数。 这样的自适应设计，也可以简化用户的操作。

　　为了得到更为纯净的心电信号，系统需要对放大后的信号进行滤波，去除高低频噪声干扰，将信号集中到心电信号的主要频率范围0.05～100Hz之间，同时配合右脚驱动电路消除工频干扰。 系统采用了一个巴特沃思二阶低通滤波器，将信号集中在500HZ以下。 这里只是对信号作初步滤波，进一步的处理工作由PC机完成，这样可以避免电路滤波对信号的衰减，同时提高滤波精度。