CN202553925U

CN202553925U - 一种简易无线心电检测装置

Info

Publication number: CN202553925U
Application number: CN2012201987106U
Authority: CN
Inventors: 祖军; 杨光; 鲁湛; 陆晓宁
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2012-05-07
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2022-05-07

Abstract

本实用新型涉及一种简易无线心电检测装置，心电传感模块采集心电信号后，依次经过前置放大模块、主放大模块和滤波模块后送入单片机的进行A/D转换及数据处理后送入微型无线串口模块发射出去，无线数据接收模块接收到数据后送至PC主机处理显示,按键模块输入按键信号到单片机，电池模块为各工作模块供电。必实现医院每个房间的全程联网，病人佩戴上设备并保持工作状态下，在PC主机即可实时监测病人的心电信号状态。实现了开机即用，省去了铺设网络等的麻烦，且心电检测抗干扰能力强，稳定性好，成本低，使用方便。

Description

一种简易无线心电检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种心电信号检测技术，特别涉及一种简易无线心电检测装置。

背景技术

随着社会经济的发展，人们的物质生活水平得到了很大提高，但现代生活使人们的身体和精神都承受着很大压力，与过去相比较，在步入21世纪后，心血管疾病在我国日益成为危害人们健康的杀手。我国因病死亡的调查结果显示，心脏病死亡仅次于肿瘤，是第二大死亡原因。

对于心脏病人，心脏病的发作是没有规律的，实时监测收集病人的心功能指标,对于分析病人病情上也有很大的帮助。目前我国配备高级医疗设备，实现病房全程联网的医院大多数在大城市，而基层医院大多数配备的是传统的医疗设备，病房内监测心电数据需要护士或医生时刻在传统设备前观测，在医院工作人员非常短缺的时候，无法做到对所有病人的监测。因此，开发出一种便携的，低成本的，能够全时间段监测病人心跳数据的心电检测装置具有很大意义的。

发明内容

本实用新型是针对现有心电检测设备无法满足基层医院对病人心电的集中监测的需要的问题，提出了一种简易无线心电检测装置，能使病人在医院内方便携带，可便利的传输心电信号的简易无线心电检测装置。

本实用新型的技术方案为：一种简易无线心电检测装置，包括单片机、电池模块、按键模块、心电传感模块、前置放大模块、主放大模块、滤波模块、微型无线数据发射模块以及无线数据接收模块，电池模块为各工作模块供电，心电传感模块采集心电信号后，依次经过前置放大模块、主放大模块和滤波模块后送入单片机的进行A/D转换及数据处理后送入微型无线串口模块发射出去，无线数据接收模块接收到数据后送至PC主机处理显示, 按键模块输入按键信号到单片机。

所述心电传感模块采用屏蔽驱动和右腿驱动电路，从人体的检测部位取出的共模电压送入屏蔽层；同时送到右腿放大器反向放大，经一个限流电阻接到右腿电极，即等效为以人体为相加点的电压并联负反馈电路。所述前置放大模块和右腿驱动电路中，以INA333仪用放大电路为核心，外围由OPA334构成的反馈积分调零电路和右腿驱动电路组成，由低噪声单电源运算放大器OPA334构成的反相积分电路输出，送放大电路中INA333的参考输入端REF构成低通负反馈电路，直流极化电压通过INA333放大输出，经OPA334反相积分滤波后送给INA333的参考输入端REF 构成负反馈，INA333的线性求和抵消掉直流偏移，实现输出偏移调零。

所述主放大模块由固定增益放大和可调增益放大电路两级级联组成，固定增益放大电路在前为积分电路，组成一阶低通滤波放大电路。

所述微型无线串口模块发射采用是UART接口半双工无线传输模块，可以工作在433MHz、868MHz、915MHz公用频段。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型简易无线心电检测装置，不必实现医院每个房间的全程联网，病人佩戴上设备并保持工作状态下，在PC主机即可实时监测病人的心电信号状态。实现了开机即用，省去了铺设网络等的麻烦，且心电检测抗干扰能力强，稳定性好，成本低，使用方便。

附图说明

图1为本实用新型简易无线心电检测装置结构示意图；

图2为本实用新型简易无线心电检测装置电路图；

图3为本实用新型简易无线心电检测装置程序流程图。

具体实施方式

如图1所示简易无线心电检测装置结构示意图，装置包括单片机1、电池模块2、按键模块3、心电传感模块4、前置放大模块5、主放大模块6、滤波模块7、微型无线数据发射模块8以及无线数据接收模块9。电池模块2为整个系统供电，但经过按键模块3开启心电采集传输功能后，心电传感模块4将病人的心电信号采集后，依次经过前置放大模块5、主放大模块6和滤波模块7后送入单片机1的进行A/D转换及数据处理后送入微型无线串口模块8发射出去，无线数据接收模块9接收到数据后送至PC主机处理显示。

选用型号为MSP430F149的16位单片机1作为整个系统的核心。MSP430F149是TI公司推出的一款低电源电压范围（1.8V～3.6V）的低功耗16位单片机。该芯片内含60Kbyte的Flash EPROM以及2KByte的RAM。有一个性能齐全的基础时钟模块，包括一个数据控振荡器（DCO）和两个晶体振荡器。另外还包括硬件看门狗、三个捕获/比较寄存器的16位定时器Timer_A3、七个捕获/比较寄存器的16位定时器Timer_B7、8通道12位A/D转换器ADC12和两个串行通信接口等。利用它作心电信号的采集与处理，不仅极大地简化了系统硬件电路，还大大提高了系统的性价比。

心电信号就是人体心脏工作产生的生物电流在身体表面不同部位产生的随心跳的节律呈现规律性的升降变化的电势，其带宽为 0.05Hz 至 100Hz，幅度在10uV～5mv的微弱交流信号，并且混杂有人体生物电干扰以及各种外部电磁干扰。通过前置放大模块5、主放大模块6和滤波模块7将有用信号提取出来经过处理作为心电信号。

来自导联电极的心电信号混有主要包括人体肌电呼吸等生物噪声、电极接触噪声、工频50Hz信号及其谐波等干扰，以及其它电子设备机器噪声及外界高频电磁干扰等噪声，其中工频50Hz干扰信号较强，主要是共模噪声。为有效地消除输入电路不对称而引起的电压分配效应所产生的共模干扰，心电传感模块4采用屏蔽驱动和右腿驱动电路。从人体的检测部位取出的共模电压送入屏蔽层（屏蔽层不接地）；同时送到右腿放大器反向放大，经一个限流电阻接到右腿电极，即等效为以人体为相加点的电压并联负反馈电路。抑制了共模干扰进入后续电路。

电极接触噪声产生的直流极化电压（尤其使用普通铜皮作为接触电极时），电极的极化电压是个差模信号，可能会造成运放的饱和，利用前置放大电路进行输出偏移调零。

滤波电路的设计主要是满足心电信号特定的频率响应特性。由于心电信号易受噪声干扰，且主要能量成分集中在0.05Hz～100Hz频带内，滤波电路采用二阶贝塞尔滤波电路的方案，对心电信号作进一步的降噪处理，抑制外界干扰，从而得到较为平滑的心电图波形。

经过滤波电路7后的信号送至单片机新型A/D转换并做处理，并通过串口根据需要PC主机发送数据出去。PC主机将所要连接设备命令通过无线发收电路用轮询方式发送给各个单片机，单片机接收到数据包以后，通过解包，来判断是否寻找本机地址，如果是，根据相应命令做出相应的数据回应，如果不是，完成丢掉不做处理，等待接受下次数据包到来。如果单片机1匹配上接收到的数据包以后，根据相应指令，把单片机1中的心电数据通过无线串口发送至主机PC。

如图２为装置的电路图。在前置放大和右腿驱动电路中，以INA333仪用放大电路为核心，外围由OPA334构成的反馈积分调零电路和右腿驱动电路三个部分组成。INA333的主要特点是低漂移电压，高共模抑制比。由于采用激光调阻，使其具有低失调电压、高共模抑制比和低温漂。本设计其电压增益设计为5倍，仪器放大器的REF 端的作用是设定输出偏移。在图2中的连接方式下Vout=Vref+5(Vin₊－Vin_-)。由此可以利用REF 参考点来调节输出偏移实现直流零偏移输出。前置级隔直电路设计（又称0.05Hz 高通负反馈滤波电路），采用低噪声单电源运算放大器OPA334构成的反相积分电路来实现低通滤波，输出送给前置放大器INA333的参考输入端REF构成低通负反馈电路。直流极化电压通过前置放大器INA333放大输出，经OPA334反相积分滤波后送给INA333的参考输入端REF 构成负反馈，利用INA333的线性求和抵消掉直流偏移，最终使静态误差达到0，由此实现输出偏移调零。从而能实现隔直和高通滤波。在不饱和的情况下能最大程度地扩展信号的动态输入范围。

贝塞尔滤波电路中采用具有线性相移特性的二阶贝塞尔滤波电路。图2中的电路为截止频率为100Hz、放大倍数为1 倍的二阶贝塞尔滤波电路。

主放大电路主要起调节增益的作用，使输出信号可达到Ｖ的量级，主放大器电路实际上由固定增益放大和可调增益放大电路两级级联组成。固定增益A2=40 倍的次级放大器，以及增益可调（等于1、2.5、5）的第三级放大器级联而成。这样可以使开关切换带来的影响降到最低。在前置放大级增益A1=5，这样整机增益Av=A1*A2*A3分别为：200、500、1000来满足不同强度的心电信号的放大需求。采用单电源通用运算放大器LM324实现。固定增益放大电路设计成积分电路形式，组成一阶低通滤波放大电路，增益为40倍，采用OPA334实现。

心电信号的最高幅值为5mV，经过前级200倍的放大为1V，而单片机ADC的输入范围为0～2.5V，取中间值1.25V为单片机的参考电压，所以放大后的心电信号叠加参考电压1.25V后大小为(1.25±0.8)V，正好落在ADC的模拟输入信号范围。同时，心电信号的频率在0.05～100Hz 之间，为了保证采样定理的要求和保证转换速率选取采样率Fs=200Hz。

无线串口模块工作在1.8到3.6 V电压下，频率900–960 MHz，接收灵敏，低功耗，传输速率快，同时无线串口模块具有收发功能。MSP430启动以后，一直采集心跳数据，将处理好的数据存在一个缓存区，而缓存区的数据实时的更新，然后等待接受主机发下来的指令，如果接收到正确的指令后，MSP430通过中断将缓存区的数据经过无线串口模块发送给无线串口接受模块，最终把数据发送给主机上显示具体的心跳信号。

图3为装置程序流程图，病人的心电信号通过单片机采集上来后进行处理并存储在缓存区，根据主机PC通过无线串口发送过来的命令进入中断程序来回应发送数据，主程序则循环根据定时器定时采集心电信号。

经实验，本实用新型的实施例能够通过无线实现集中大范围地监测病人的心电信号，且心电检测抗干扰能力强，稳定性好，使用方便。

Claims

1.一种简易无线心电检测装置，其特征在于，包括单片机、电池模块、按键模块、心电传感模块、前置放大模块、主放大模块、滤波模块、微型无线数据发射模块以及无线数据接收模块，电池模块为各工作模块供电，心电传感模块采集心电信号后，依次经过前置放大模块、主放大模块和滤波模块后送入单片机的进行A/D转换及数据处理后送入微型无线串口模块发射出去，无线数据接收模块接收到数据后送至PC主机处理显示, 按键模块输入按键信号到单片机。

2.根据权利要求1所述简易无线心电检测装置，其特征在于，所述心电传感模块采用屏蔽驱动和右腿驱动电路，从人体的检测部位取出的共模电压送入屏蔽层；同时送到右腿放大器反向放大，经一个限流电阻接到右腿电极，即等效为以人体为相加点的电压并联负反馈电路。

3.根据权利要求2所述简易无线心电检测装置，其特征在于，所述前置放大模块和右腿驱动电路中，以INA333仪用放大电路为核心，外围由OPA334构成的反馈积分调零电路和右腿驱动电路组成，由低噪声单电源运算放大器OPA334构成的反相积分电路输出，送放大电路中INA333的参考输入端REF构成低通负反馈电路，直流极化电压通过INA333放大输出，经OPA334反相积分滤波后送给INA333的参考输入端REF 构成负反馈，INA333的线性求和抵消掉直流偏移，实现输出偏移调零。

4.根据权利要求1所述简易无线心电检测装置，其特征在于，所述主放大模块由固定增益放大和可调增益放大电路两级级联组成，固定增益放大电路在前为积分电路，组成一阶低通滤波放大电路。

5.根据权利要求1所述简易无线心电检测装置，其特征在于，所述微型无线串口模块发射采用是UART接口半双工无线传输模块，可以工作在433MHz、868MHz、915MHz公用频段。