微型心电图采集存储预警系统的研究与实现

    0　引言

    心电图是用仪器把心脏舒张和收缩时产生的电效应放大,形成波状条纹的图形。通过心电图的观察来测定心肌内的异常,帮助诊断心脏疾病。心电图仪的发展经过了两个阶段:普通心电图仪和动态心电图仪。本记录仪采用单片机AT89C51控制下完成心电信号的采集,存储,实时显示。文章介绍了微型单导联心电仪的工作原理及性能特点,具体分析了各部分的组成及原理,解决了大容量数据的存储,LCD实时显示,软硬件设计等具体问题。

    1　心电图信号采集存储显示系统结构及原理

    人体心电信号由电极获取,经过放大滤波,输入A/D转换器,模拟信号被转化成数字信号,然后将数据存储在CF卡上,并同步显示波型。LCD液晶显示由AT89C51单片机控制,用于显示心电图波形。系统结构及原理如图1所示。

    2　心电图信号采集存储显示系统硬件

    在心电图信号处理部分中,心电信号由三路心电监护电极引入。两路电极用于提取心电信号,这两路心电信号各通过一个时间常数为3s的RC网络,以隔离直流电流,消除ECG记录中常见的基线漂移。三路电极用于给仪表放大器提供参考地电位。测量系统中不可避免地会串入外部的干扰信号,特别是50Hz的工频干扰,在输入电路中采用三运放构成50Hz的带通滤波器,把得到的电信号反相加到原来的信号上,这样就可以滤去了50Hz的干扰分量。

    心电信号放大滤波部分电路如图2所示。心电信号经过放大滤波后,还需要通过模数转换器,把模拟量转变成数字量,才能被单片机接受和识别。并且8位的分辨率能满足计算精度的要求,采用8位并行接口A/D转换器ADC0809芯片进行信号的A/D转换,该芯片由CMOS工艺制成,功耗低,体积小,符合本系统的要求。

    心电信号的A/D转换如图3所示。在心电信号的存储显示部分,经过A/D转换的数字信号送入单片机,通过单片机的控制存储在闪速存储器AM29F040中,并将波形同步显示在液晶屏上。24小时记录下来的数据量:24h×3600s×200(采样率)×8(位)/1024=138240000位=132M位=16.5MB。本设计扩展了两片512kB的闪速存储器AM29F040,完成1小时以上的心电信号连续不间断存储。系统采用内置FM12864J型液晶显示模块,它主要由行驱动器/列驱动器及128х64全点阵液晶显示器组成,可完成图形显示,也可以显示8х4个汉字。其功能强,能直接与单片机接口,具有专用指令,可方便地实现画面卷动等功能。设计原理如图4所示。

    3　心电图信号采集存储显示系统软件

    系统的软件设计是按照模块化的设计原则进行的。总体上可分为四大模块,分别是主程序,转换存储和显示程序。四大模块又由许多功能相对独立的子程序构成,主程序的功能是完成各个外围芯片的初始化,定时启动、转换。