便攜式心電圖采集與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　系統(tǒng)主要模塊框圖如圖2所示。由于電極采集到的心電信號(hào)屬于強(qiáng)噪聲背景下的超低頻(0.5～100Hz)微弱信號(hào)(0.1～5mV)，所以需要前置放大部分將微弱的心電信號(hào)高保真放大，并通過(guò)低通濾波、高通濾波及50 Hz陷波濾除干擾，才可以送往LPC2478的A/D 轉(zhuǎn)換器AIN0進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。

　　前置放大部分電路由輸入跟隨、儀用放大器、右腿浮地驅(qū)動(dòng)組成，輸入跟隨器為提高輸入阻抗、獲取更多的心電信號(hào)，采用高精度運(yùn)算放大器OPA427，接收來(lái)自左、右手的心電信號(hào)經(jīng)調(diào)整后送往儀用放大器，由高精度儀用放大器進(jìn)行一級(jí)倒相放大后的信號(hào)送到低通濾波器，原始心電信號(hào)中的共模噪聲經(jīng)過(guò)一級(jí)放大后返回人體，使其相互疊加，從而可以減小人體共模干擾的絕對(duì)值，提高信噪比。

　　低通及高通濾波部分，由于心電信號(hào)屬于低頻信號(hào)，為了去掉高頻的干擾，還須通過(guò)低通濾波。低通濾波器截止頻率為110Hz，放大器的溫漂、皮膚電阻的變化、呼吸和人體運(yùn)動(dòng)都會(huì)造成心電信號(hào)出現(xiàn)所謂的“基線漂移”現(xiàn)象，也即輸出端的心電信號(hào)會(huì)在某條水平線上緩慢地上下移動(dòng)。從頻譜上說(shuō)，這些影響都可以歸結(jié)為一個(gè)低頻噪聲干擾，于是使用高通濾波器濾除這部分干擾。在主放大器部分，通過(guò)調(diào)整電位器的阻值 RP1來(lái)設(shè)置整個(gè)心電放大電路的總增益。主放大器采用低功耗低噪聲的運(yùn)算放大器TLC225。50Hz頻率陷波部分主要用來(lái)濾除以差模信號(hào)方式進(jìn)入電路的工頻干擾。電平提升部分用來(lái)把雙極性信號(hào)轉(zhuǎn)化為單極性信號(hào)，以便可直接送入AIN0。

　　硬件設(shè)計(jì)

　　硬件平臺(tái)

　　負(fù)壓產(chǎn)生電路

　　由于心電圖原始數(shù)據(jù)處理中數(shù)據(jù)放大和濾波電路中OPA4277、AD620和TLC2254芯片需要用到負(fù)壓，故此在電路中加入負(fù)壓產(chǎn)生電路，主要應(yīng)用電壓轉(zhuǎn)換芯片MC34063通過(guò)起振產(chǎn)生-12V的負(fù)壓，之后再進(jìn)行分壓得到芯片要求的-5V電壓。

　　信號(hào)前置放大電路

　　前置放大電路的組成和電路圖如圖3所示。前置放大電路由輸入跟隨器、儀用放大器和右腿浮地驅(qū)動(dòng)等三部分組成。

　　(1)輸入跟隨器：提高輸入阻抗、獲取更多的心電信號(hào)，采用高精度運(yùn)算放大器OPA4277，具有超低失調(diào)電壓l0 V，超低失調(diào)偏移±0.1V，偏置電流最大為l nA。