CN107693008B - 一种胎儿心电发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种胎儿心电发生器，以解决胎儿心电模拟发生仪器不足和昂贵的问题。所述的系统设计方案由孕妇腹部三导联心电和单导联胎儿心电发生电路构成。心电数据来源是由Lieven De Lathauwer提供数据的DaISy数据库，采用前3通道数据和经算法提取的胎儿心电第1501到第2500点数据加上循环语句输出，这段数据中包含胎儿心电和母体心电部分混合和全部混合，从而保证数据的代表性。采用无条件循环形式经过IIC通信交给数模转换芯片DAC5571，DAC5571模拟输出孕妇腹部心电信号和胎儿心电信号，经过分压电阻使其输出电压幅值低于3mV。本发生器用轻触按键调节心电的心率和电压幅值，本发明可为胎儿心电检测及处理研究人员带来极大的方便。

Description

一种胎儿心电发生器
技术领域
本发明属于医疗设备领域，涉及一种新型胎儿心电发生器。
背景技术
围产期对孕妇和胎儿进行监护十分重要。通过对胎儿心电信号进行分析，可及早发现许多妊娠期或分娩期的胎儿病理情况，及早采取措施，从而预防新生儿疾病，实现优生优育。在胎儿心电信号实时处理研究中需要胎儿心电信号发生器，然而市面上的胎儿心电发生器比较昂贵和稀缺。
由于采集实时的孕妇腹部心电数据比较困难，特别是对于胎儿心电提取算法实时验证，需要长时间的孕妇配合，这给孕妇带来不便和麻烦。若有胎儿心电发生器就可给科研者提供方便的胎儿心电实时数据。
发明内容
1、一种胎儿心电发生器，其特征在于：采用MSP430F149为主控单元，AT45DB081D存储芯片存储有3通道DaISy数据库孕妇腹部心电数据和一通道胎儿心电数据；采用无条件循环形式IIC通信交给数模转换芯片DAC5571，DAC5571模拟输出孕妇腹部心电数据和胎儿心电数据，经过分压电阻使其输出电压幅值为3mV以下；还包括USB下载电路和稳压电路，并能调节心电的心率和电压幅值，同时在LED液晶屏显示。
2、进一步，所述处理器采用TI的超低功耗16位处理器MSP430F149，其flash内存为60KB，RAM存储为2KB，标准工作电压为3.3V。
3、进一步，孕妇的腹部心电数据来源于DaISy数据库，数据采自孕妇的腹部5导联心电信号和胸部3导联心电信号，采样率250Hz，采集时长10秒；采用前3通道孕妇腹部第1501点到第2500点数据和算法提取的胎儿心电第1501点到第2500点数据，由于这段数据有正负，而DAC5571是8位数模转换芯片，最大值表示为255,最小值表示为0；所以将数据乘以系数2.6再加上阈值120，使最大值为255，最小值为0。
4、进一步，轻触按键调节心电的幅值和心率，心电电压设置为0.5mV-3mV之间和心率设为90BPM-200BPM之间。
5、进一步，稳压电路芯片为LM1117-3.3V。
6、进一步，USB下载电路芯片为CH340。
7、更进一步，胎儿心电发生器采用MSP430F149单片机为主控单元，AT45DB081D存储芯片存有三通道孕妇腹部心电数据和一通道胎儿心电数据，孕妇腹部心电数据来源是DaISy数据库，数据采自孕妇的腹部5导联心电信号和胸部3导联心电信号，采样率250Hz，采集时长10秒。采用前3通道腹部心电数据和经算法提取的胎儿心电数据，并将数据转换到0-255之间以适合单片机处理。MSP430F149单片机采用无条件循环形式经过IIC通信交给数模转换芯片DAC5571，DAC5571模拟输出孕妇腹部心电信号和胎儿心电信号，再经过分压电阻使其输出电压幅值低于3mV。心电发生器用轻触开关调节心电的心率和幅值,LED液晶屏显示当前输出心电的心率值和电压幅值，采用lm1117-3.3V稳压芯片为系统供电和CH340USB下载电路下载程序。
本发明解决胎儿心电模拟发生仪器不足和昂贵的问题，可为胎儿心电检测及处理研究人员带来极大的方便。
附图说明
图1：胎儿心电发生器电路结构图
图2：孕妇腹部心电图和胎儿心电图
图3：孕妇腹部心电发生器之MSP430F149处理器电路
图4：孕妇腹部心电发生器之存储器模块AT45DB081D
图5：孕妇腹部心电发生器之下载模块电路
图6：孕妇腹部心电发生器之电源模块电路
图7：孕妇腹部心电发生器之DAC5571电路
图8：孕妇腹部心电发生器之按键模块电路
图9：孕妇腹部心电发生器之LED液晶屏模块电路
具体实施方式
本发明的实施系统结构包括心电数据模块、核心处理器MSP430f149、存储器模块AT45DB081D、CH340下载模块、电源模块、DAC5571模块、按键模块和LED模块。
本发明的实施例中，孕妇腹部心电和胎儿心电数据模块来自DaISy数据库，由Lieven De Lathauwer提供,数据采自孕妇的腹部5导联心电信号和胸部3导联心电信号，采样率250Hz，采集时长10秒。采用前3通道1501-2500点腹部心电数据和经算法提取的1501-2500点胎儿心电数据转换到0-255之间,以适合单片机处理，这段数据包含有胎儿心电和母体心电部分混合和全部混合，从而保证数据的代表性。
本发明的实施例中，采用TI的低功耗处理器MSP430f149，它有高达25M的系统时钟，60K ROM空间和2K RAM空间，有着丰富的IO口，SPI、UART、AD转换等接口，可以设为多种中断模式，可以设为4种低功耗模式。上电复位电路由RC电路组成和按键复位电路构成，采用8M晶振为工作电路提供高频率来源，应用其丰富的IO口模拟IIC通信。P3.7-P4.0接DAC5571的SDA、SCK引脚，P4.1-P4.2接DAC5571的SDA、SCK引脚，P4.3-P4.4接DAC5571的SDA、SCK引脚，P4.5-P4.6接DAC5571的SDA、SCK引脚，它们模拟IIC与四个DAC5571通信。P1.0、P1.1、P1.2、P1.3分别接四个轻触按键引脚，它们用来调节心电心率和电压幅值。P2.4脚接0.96OLED模块CS脚，P2.7脚接0.96OLED模块DC脚，P3.0脚接0.96OLED模块RES脚，SIMO0脚接LED模块DI脚，UCLK0脚接0.96OLED模块DO脚，它们用来显示心电心率和幅值。P3.4脚、P3.5脚、RST脚、TCK脚分别接CH340的RXD脚、TXD脚、DTR脚、RTS脚，它们用来下载程序。
本发明的实施例中，存储器模块采用AT45DB081D，其是ATMEL旗下的一款常用的可编程存储器，支持RapidS串行接口，适用于要求高速操作的应用，可达66M时钟频率。除了主存储器外，AT45DB081D还包含2个256/264字节的SRAM缓冲区。缓冲区允许在对主存储器的页面重新编程时接收数据，也可写入连续的数据串。通过独立的“读-改-写”三步操作，可以轻松实现EEPROM仿真(可设置成位或字节)。AT45DB081D的1脚SI接MSP430F149单片机的P5.1口，2脚SCK接单片机P5.3口，8脚SO接单片机P5.2口，4脚CS接单片机P5.0口。用其来存储采集的孕妇腹部三导联心电数据和单导联胎儿心电数据，所有的编程和擦除周期都遵循自时序。
本发明的实施例中，CH340下载模块，CH340为USB转串口芯片。在串口方式下，CH340提供常用的MODEM联络信号，用于为计算机扩展异步串口，或者将普通的串口设备直接升级到USB总线。硬件全双工串口，内置收发缓冲区，支持通讯波特率50bps～2Mbps。由于其为5V供电，当其与3.3V的单片机相连接时，需要电平转换。经过二极管和电阻进行电平钳制。TXD、RXD、DTR、RTS分别对应与MSP430F149单片机IO口相连接。
本发明的实施例中，电源模块lm1117-3.3V，lm1117-3.3V稳压芯片是一个低漏失电压调整器，它的稳压调整管是由一个PNP驱动的NPN管组成的。片内过热切断电路提供了过载和过热保护，以防环境温度造成过高的结温。5V电源电压经过自锁开关与稳压芯片lm1117-3.3V连接，为430单片机和0.96OLED液晶屏,DAC5571提供3.3V电压。5V电压经过1K电阻后接蓝色指示灯指示当前电路工作状态。
本发明的实施例中，DAC5571模块，DAC5571是IIC输入的8位数模转换芯片。通过上拉5K电阻与SDA、SCK连接。通过单片机模拟IIC通信与其进行数据通信，其输出电压在0-3.3V之间，故通过分压电阻10M和10K将其输出电压降到0-3.3mV之间，这样满足心电信号幅值范围。
本发明的实施例中，按键模块包括4个四脚轻触按键，两个按键用来增加心电的幅值和心率。两个按键用来减小心电的幅值和心率。采用430单片机中具有中断响应的P1脚与按键相接，在中断服务程序中处理相应事件。P1.0接轻触按键后再经过10K电阻与3.3V电源连接。P1.1接轻触按键后再经过10K电阻与3.3V电源连接。P1.2接轻触按键后再经过10K电阻与3.3V电源连接。P1.3接轻触按键后再经过10K电阻与3.3V电源连接。
本发明的实施例中，0.96OLED模块。0.96OLED模块采用高亮度，低功耗的OLED屏，显示颜色纯正。OLED屏具有多个控制指令，可以控制OLED的亮度、对比度、开关升压电路等指令，操作方便，功能丰富。模块供电可以是3.3V也可以是5V，不需要修改模块电路。高分辨率：128*64；超广可视角度：大于160°；超低功耗：正常显示时0.06W(远低于TFT显示屏)。OLED屏幕内部驱动芯片：SSD1306。DO脚为串行输入时钟CLK，DI串行输入数据，RES复位，DC：控制输入数据/命令(高电平(1)为数据，低电平(0)为命令)。CS片选脚低电平有效，可SPI和IIC通信。CS脚接单片机的P2.4，DC接P2.7，RES接P3.0，DI接SIMO0，DO接UCLK0，VCC接3.3V电压。在其上同时显示当前心电的幅值和心率。

Claims (5)

1.一种胎儿心电发生器，其特征在于：采用MSP430F149为主控单元，AT45DB081D存储芯片存储有3通道DaISy数据库孕妇腹部心电数据和一通道胎儿心电数据；采用无条件循环形式IIC通信交给数模转换芯片DAC5571，DAC5571模拟输出孕妇腹部心电数据和胎儿心电数据，经过分压电阻使其输出电压幅值为3mV以下；还包括USB下载电路和稳压电路，并能调节心电的心率和电压幅值，同时在LED液晶屏显示；
孕妇的腹部心电数据来源于DaISy数据库，数据采自孕妇的腹部5导联心电信号和胸部3导联心电信号，采样率250Hz，采集时长10秒；采用前3通道孕妇腹部第1501点到第2500点数据和算法提取的胎儿心电第1501点到第2500点数据，由于这段数据有正负，而DAC5571是8位数模转换芯片，最大值表示为255，最小值表示为0；所以将数据乘以系数2.6再加上阈值120，使最大值为255，最小值为0。
2.根据权利要求1所述的胎儿心电发生器，其特征在于：处理器采用TI的超低功耗16位处理器MSP430F149，其flash内存为60KB，RAM存储为2KB，标准工作电压为3.3V。
3.根据权利要求1所述的胎儿心电发生器，其特征在于：轻触按键调节心电的幅值和心率，心电电压设置为0.5mV-3mV之间和心率设为90BPM-200BPM之间。
4.根据权利要求1所述的胎儿心电发生器，其特征在于：稳压电路芯片为LM1117-3.3V。
5.根据权利要求1所述的胎儿心电发生器，其特征在于：USB下载电路芯片为CH340。
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