基于虛擬儀器技術(shù)的家用心電儀的設(shè)計(jì)

　　0引言

　　心血管疾病日益嚴(yán)重地威脅著人類的生命，通過日常監(jiān)護(hù)預(yù)先發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)施救，是對抗心血管疾病的重要手段。近年來一些便攜式的家用心電儀陸續(xù)誕生，滿足了心電參數(shù)快速采集的基本需求，改善了家庭護(hù)理?xiàng)l件。隨著計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和分析對便攜式心電儀在信息可視化、數(shù)據(jù)記錄分析以及資源共享等方面提出了新的需求。

　　虛擬儀器是由計(jì)算機(jī)硬件資源、模塊化儀器硬件和用于數(shù)據(jù)分析、過程通訊及圖形用戶界面的軟件組成的測試系統(tǒng)。它以計(jì)算機(jī)作為統(tǒng)一的硬件平臺，把傳統(tǒng)儀器的專業(yè)化功能和面板控件軟件化，兼具傳統(tǒng)儀器的功能和計(jì)算機(jī)智能資源。利用虛擬儀器強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和圖形界面功能，開發(fā)小型化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化的家用心電儀，可以很好地實(shí)現(xiàn)信息可視化、數(shù)據(jù)分析和遠(yuǎn)程共享功能。

　　圖1 基于虛擬儀器技術(shù)的家用心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

　　本文設(shè)計(jì)了一種基于虛擬儀器技術(shù)的家用心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)(如圖1)，重點(diǎn)介紹可移動終端與虛擬分析儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)?？梢苿咏K端基于51單片機(jī)與相關(guān)的模擬電路開發(fā)實(shí)現(xiàn)，虛擬分析儀則通過計(jì)算機(jī)上的LabVIEW軟件編程實(shí)現(xiàn)?；颊叩男碾娦畔⒂煽梢苿咏K端采集，經(jīng)處理得到標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字信號，無線傳送至虛擬分析儀，實(shí)現(xiàn)圖形化的顯示、記錄與數(shù)據(jù)分析功能。虛擬分析儀還能通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與專業(yè)醫(yī)療機(jī)構(gòu)的信息共享，達(dá)到對特定對象重點(diǎn)監(jiān)護(hù)的目的。

　　1可移動終端

　　可移動終端實(shí)現(xiàn)心電信號的采集、傳輸與就地顯示，由心電信息采集模塊、主控制器、顯示模塊、電源模塊和無線通訊模塊五部分組成(圖2)。

　　圖2 可移動終端結(jié)構(gòu)圖

　　1.1心電信息采集模塊

　　體表心電信號極其微弱，極易夾雜噪聲干擾，心電信息采集模塊就是通過反復(fù)的放大與濾波來提取其中的有效信息。信號處理步驟主要包括：前置放大、帶通濾波、工頻陷波、次級放大和電平抬升(圖3)。

　　圖3 心電信息采集模塊電路結(jié)構(gòu)框圖

　　圖4 LMC7660電壓轉(zhuǎn)換電路原理圖

　　前置放大部分采用具有高輸入阻抗、高共模抑制比的差分放大電路。帶通濾波部分由高通濾波器和低通濾波器組成，設(shè)計(jì)通頻帶為0.3～100Hz.50Hz工頻干擾采用雙T陷波電路來抑制。濾除噪聲之后，還需經(jīng)過次級放大與電平抬升以使波形覆蓋A/D采樣的電壓范圍，保證轉(zhuǎn)換精度，通過同相放大電路與加法電路實(shí)現(xiàn)。信號最后輸出到主控制器STC12C5A08AD的A/D模塊。

　　為保證系統(tǒng)的性能，前置放大電路采用高精度、高輸入阻抗儀表放大器AD620，其他電路均選用高精度低噪聲運(yùn)算放大器OP07來設(shè)計(jì)。

　　1.2電源模塊

　　系統(tǒng)采用5V鋰電池供電，但由于運(yùn)算放大器需要正負(fù)電源供電，所以通過LMC7660來設(shè)計(jì)一個(gè)-5V的電壓轉(zhuǎn)換電路。LMC7660是高度集成的CMOS電壓轉(zhuǎn)換器，只需外接一個(gè)10μF的充電電容(圖4)，具有寬工作電壓范圍與高電壓轉(zhuǎn)換效率的特點(diǎn)。