CN203802458U - 一种心电信号采集及预处理电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种心电信号采集及预处理电路，其特征在于：包括采集电路、低频滤波电路、高频滤波电路、反馈电路和双T型陷波器电路；采集电路具有二个心电信号输入端，采集电路的输出端与低频滤波电路的输入端相连，高频滤波电路的输入端连接低频滤波电路的输出端、输出端连接双T型陷波器电路的输入端，构成对心电采集信号低频和高频滤波结构；双T型陷波器电路输出端连接到下级单片机的输入端，双T型陷波器电路的滤波频率为50Hz，形成滤除心电采集信号50Hz的滤波结构；采集电路的反馈信号输出端连接反馈电路的输入端，反馈电路的输出端连接形成人体腿部电极连接端，构成抑制采集电路共模抑制比回路结构。本实用新型能获得为准确和可靠的心电信号，具有效率高、准确性和效果好的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种心电信号采集及预处理电路，属于医疗设备及信号采集处理技术领域。
背景技术
心脏病是威胁人类生命健康的三大疾病之一，据统计，目前全球每年约有1700万人死于心血管疾病，约占全球死亡人数的三分之一。心电图中含有临床诊断心血管疾病的大量信息，是了解心脏功能状况、辅助诊断心血管疾病、评估各种治疗方法有效性的重要手段，对心脏病的预防和及时救治具有重要的意义。
由于环境中充满多种电磁波，心电信号中混杂有多种高强度的电磁波。常见的干扰有50Hz工频干扰、电极极化干扰、肌电干扰、基线漂移和信号处理中所用电设备产生的仪器噪声等。
现有技术中，人们主要采用数字滤波处理技术对心电信号中的干扰电磁波进行滤波处理，所用的滤波算法主要有小波滤波、经验模态分析滤波和傅里叶变换滤波。但依靠仅仅数字滤波直接对检测到的心电信号进行滤波而没对检测到的心电信号进行预处理，经常会过滤真实的心电信号而漏掉干扰电磁波，因此，现有技术的数字滤波检测装置的检测效果较差。因此为获得准确的心电信号，必须对采集到原始心电信号进行预滤波处理。
实用新型内容
本实用新型的目的，是为了解决现有技术的数字滤波装置存在效果差的问题，提供了一种心电信号采集及预处理电路，在单片机上级输入设置心电信号采集及预处理电路，以获得准确的心电信号，具有效率高、准确性和效果好的特点。
本实用新型的目的可以通过采取以下技术方案达到：
一种心电信号采集及预处理电路，其结构特点在于：包括采集电路、低频滤波电路、高频滤波电路、反馈电路和双T型陷波器电路；采集电路具有二个心电信号输入端，采集电路的输出端与低频滤波电路的输入端相连，高频滤波电路的输入端连接低频滤波电路的输出端、输出端连接双T型陷波器电路的输入端，低频滤波电路的截止频率为0.04HZ，高频滤波电路的截止频率为102HZ，构成对心电采集信号低频和高频滤波结构；双T型陷波器电路输出端连接到下级单片机的输入端，双T型陷波器电路的滤波频率为50HZ，形成滤除心电采集信号50HZ的滤波结构；采集电路的反馈信号输出端连接反馈电路的输入端，反馈电路的输出端连接形成人体腿部电极连接端，构成抑制采集电路共模抑制比回路结构。
本实用新型的目的还可以通过采取以下技术方案达到：
进一步地，所述采集电路由运算放大器T1-T2、电阻R1-R5和仪表放大器T3连接构成；运算放大器T1的正输入端为左手心电信号输入端、负输入端通过导线直接与输出端短接，T1的输出端通过电阻R1连接到仪表放大器T3的正输入端；运算放大器T2的正输入端为右手心电信号输入端、负输入端通过导线直接与输出端短接，T2的输出端通过电阻R2连接到仪表放大器T3的负输入端；运算放大器T1和T2的电源输入端与电源+5V和-5V相连；仪表放大器T3的1脚与电阻R3、R5的一端相连；T1的8脚与电阻R4的一端、电阻R5的另一端相连；电阻R3与R4的另一端为反馈输出端连接到负反馈电路的输入端；仪表放大器T3的1脚和4脚分别连接到电源+5V和-5V，T3的5脚接地；T3的6脚为输出端连接到低频滤波电路的输入端。
进一步地，所述低频滤波电路包括电容C2和电阻R9-R10；电容C2的一端为输入端与采集电路的输出端相连、另一端与电阻R9、R10的一端相连；电阻R9的另一端接地；电阻R10的另一端为输出端连接到高频滤波电路的输入端。
进一步地，所述高频滤波电路包括运算放大器T4、电阻R11和电容C3-C4；运算放大器T4的负输入端通过导线直接与输出端短接、两电源输入端分别连接到+5V和-5V；T4的正输入端与电阻R11、电容C4的一端相连；电阻R11的另一端连接到低频滤波电路的输出端；运算放大器T4的输出端通过电容C3与电阻R11的另一端连接到低频滤波电路的输出端，T4的输出端连接到双T型陷波器电路的输入端。
进一步地，所述反馈电路由运算放大器T5-T6、电阻R6-R8和电容C1连接构成；运算放大器T5的正输入端为反馈输入端与电阻R3-R4的一端相连、负输入端通过导线直接与输出端短接；运算放大器T5的输出端通过电阻R6连接到运算放大器T6的负输入端；电容C1与电阻R7串联连接后两端与电阻R8并联后与运算放大器T6的负输入端和输出端并联；T6的两电源输入端分别连接到+5V和-5V、正输入端接地；运算放大器T6的输出端连接到人体右腿电极贴片。
进一步地，所述双T型陷波器电路由运算放大器T7-T8、电阻R12-R16和电容C5-C7连接构成；运算放大器T7的正输入端与电容C6、电阻R14的一端相连，电容C6的另一端与电阻R12、电容C5的一端相连；电阻R12的另一端与电容C7、运算放大器T8的输出端相连，电容C7的另一端与电阻R13的一端、电阻R14的另一端相连；电阻R13和电容C5的另一端连接并连接到高频滤波电路的输出端；运算放大器T8的负输入端通过导线直接与输出端短接，正输入端与电阻R15、R16的一端相连，电阻R15的一端连接到运算放大器T7的输出端，电阻R16的另一端接地；运算放大器T7的负输入端通过导线直接与输出端相连，T7的两电源输入端分别连接到+5V和-5V；运算放大器T7的输出端为双T型陷波器电路的输出端连接到下级单片机输入端口。
进一步地，所述电阻R1和R2的阻值为10KΩ。
进一步地，所述仪表放大器T3的放大倍数为10倍。
进一步地，所述低频滤波电路构成二阶的巴特沃斯低通滤波器，所述高频滤波电路构成一阶无源高通滤波器电路。
本实用新型具有如下突出的有益效果：
1、本实用新型通过采集电路采集心电信号，经放大处理后，经低频滤波电路、高频滤波电路和双T型陷波器电路分别滤除0.04HZ以下的低频信号、102HZ以上的高频信号和50HZ工频信号，获得较为可靠和准确的心电信号，为下级单片机进行数字滤波提供了可靠的保障，具有效率高、准确性和效果好的特点。
2、本实用新型通过反馈电路的输出端连接到人体右腿的电极贴片，通过反馈电路把采集电路采集到的人体共模电压进行检测、倒相、运算放大并反馈到人体的右腿，构成抑制心电信号的共模抑制比结构，起到降低共模抑制比的作用。大大提高了电路的搞干扰能力，更好地保证采集到的心电信号的稳定性和可靠性。
附图说明
图1是本实用新型的电路结构框图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细描述：
具体实施例1：
参照图1，本实施例包括采集电路1、低频滤波电路2、高频滤波电路3、反馈电路4和双T型陷波器电路5；采集电路1具有二个心电信号输入端，采集电路1的输出端与低频滤波电路2的输入端相连，高频滤波电路3的输入端连接低频滤波电路2的输出端、输出端连接双T型陷波器电路5的输入端，低频滤波电路2的截止频率为0.04HZ，高频滤波电路3的截止频率为102HZ，构成对心电采集信号低频和高频滤波结构；双T型陷波器电路5输出端连接到下级单片机的输入端，双T型陷波器电路5的滤波频率为50HZ，形成滤除心电采集信号50HZ的滤波结构；采集电路1的反馈信号输出端连接反馈电路4的输入端，反馈电路4的输出端连接形成人体腿部电极连接端，构成抑制采集电路共模抑制比回路结构。
本实施例中：
所述采集电路1由运算放大器T1-T2、电阻R1-R5和仪表放大器T3连接构成；运算放大器T1的正输入端为左手心电信号输入端、负输入端通过导线直接与输出端短接，T1的输出端通过电阻R1连接到仪表放大器T3的正输入端；运算放大器T2的正输入端为右手心电信号输入端、负输入端通过导线直接与输出端短接，T2的输出端通过电阻R2连接到仪表放大器T3的负输入端；运算放大器T1和T2的电源输入端与电源+5V和-5V相连；仪表放大器T3的1脚与电阻R3、R5的一端相连；T1的8脚与电阻R4的一端、电阻R5的另一端相连；电阻R3与R4的另一端为反馈输出端连接到负反馈电路4的输入端；仪表放大器T3的1脚和4脚分别连接到电源+5V和-5V，T3的5脚接地；T3的6脚为输出端连接到低频滤波电路2的输入端。所述低频滤波电路2包括电容C2和电阻R9-R10；电容C2的一端为输入端与采集电路的输出端相连、另一端与电阻R9、R10的一端相连；电阻R9的另一端接地；电阻R10的另一端为输出端连接到高频滤波电路3的输入端。所述高频滤波电路3包括运算放大器T4、电阻R11和电容C3-C4；运算放大器T4的负输入端通过导线直接与输出端短接、两电源输入端分别连接到+5V和-5V；T4的正输入端与电阻R11、电容C4的一端相连；电阻R11的另一端连接到低频滤波电路2的输出端；运算放大器T4的输出端通过电容C3与电阻R11的另一端连接到低频滤波电路2的输出端，T4的输出端连接到双T型陷波器电路5的输入端。所述反馈电路4由运算放大器T5-T6、电阻R6-R8和电容C1连接构成；运算放大器T5的正输入端为反馈输入端与电阻R3-R4的一端相连、负输入端通过导线直接与输出端短接；运算放大器T5的输出端通过电阻R6连接到运算放大器T6的负输入端；电容C1与电阻R7串联连接后两端与电阻R8并联后与运算放大器T6的负输入端和输出端并联；T6的两电源输入端分别连接到+5V和-5V、正输入端接地；运算放大器T6的输出端连接到人体右腿电极贴片。所述双T型陷波器电路5由运算放大器T7-T8、电阻R12-R16和电容C5-C7连接构成；运算放大器T7的正输入端与电容C6、电阻R14的一端相连，电容C6的另一端与电阻R12、电容C5的一端相连；电阻R12的另一端与电容C7、运算放大器T8的输出端相连，电容C7的另一端与电阻R13的一端、电阻R14的另一端相连；电阻R13和电容C5的另一端连接并连接到高频滤波电路3的输出端；运算放大器T8的负输入端通过导线直接与输出端短接，正输入端与电阻R15、R16的一端相连，电阻R15的一端连接到运算放大器T7的输出端，电阻R16的另一端接地；运算放大器T7的负输入端通过导线直接与输出端相连，T7的两电源输入端分别连接到+5V和-5V；运算放大器T7的输出端为双T型陷波器电路5的输出端连接到下级单片机输入端口。
参照图1，采集电路1中，运算放大器T1的正输入端连接到人体左手心电电极贴片、负输入端通过导线连接到输出端，输出端与电阻R1相连，构成采集模块之一；运算放大器T2的正输入端连接到人体右手心电电极贴片、负输入端通过导线连接到输出端，输出端与电阻R2相连，构成采集模块之二，构成二路电压跟随采集结构。所述电阻R1和R2的阻值为10kΩ。所述仪表放大器T3的放大倍数为10倍。
本实施例的工作原理：
参照图1，实际应用中，运算放大器T1的正输入端与人体左手心电电极贴片相连、负输入端通过导线直接与输出端短接，T1的输出端通过电阻R1连接到仪表放大器T3的正输入端；运算放大器T2的正输入端与人体右手心电电极贴片相连、负输入端通过导线直接与输出端短接，通过从黏贴在左右手腕上的一次性心电电极芯片获取到两路心电信号，人体的共模电压被两个电阻值相等的电阻R3、R5检测出来，经过运放T5、T6的倒相、放大并反馈到人体的右腿，起到降低共模抑制比的作用。由于电极极化电压的不平衡、仪表放大器T3的失调漂移及人体动作等原因，仪表放大电器输出的心电信号中除了掺杂着很多低频、高频和50HZ工频干扰信号，从采集电路1获得的心电信号经截止频率为0.04HZ的低频滤波电路2和截止频率为102HZ的高频滤波电路3，滤除低于或等于0.04HZ的低频和高于102HZ的高频干扰，再经双T型陷波器电路5滤除50HZ工频信号干扰，经过这一系列的预处理过程之后，为下级单片机进行数字滤波提供了一个较为干净可靠的心电信号。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种心电信号采集及预处理电路，其特征在于：包括采集电路（1）、低频滤波电路（2）、高频滤波电路（3）、反馈电路（4）和双T型陷波器电路（5）；采集电路（1）具有二个心电信号输入端，采集电路（1）的输出端与低频滤波电路（2）的输入端相连，高频滤波电路（3）的输入端连接低频滤波电路（2）的输出端、输出端连接双T型陷波器电路（5）的输入端，低频滤波电路（2）的截止频率为0.04HZ，高频滤波电路（3）的截止频率为102HZ，构成对心电采集信号低频和高频滤波结构；双T型陷波器电路（5）输出端连接到下级单片机的输入端，双T型陷波器电路（5）的滤波频率为50HZ，形成滤除心电采集信号50HZ的滤波结构；采集电路（1）的反馈信号输出端连接反馈电路（4）的输入端，反馈电路（4）的输出端连接形成人体腿部电极连接端，构成抑制采集电路共模抑制比回路结构。
2.根据权利要求1所述的一种心电信号采集及预处理电路，其特征在于：所述采集电路（1）由运算放大器T1-T2、电阻R1-R5和仪表放大器T3连接构成；运算放大器T1的正输入端为左手心电信号输入端、负输入端通过导线直接与输出端短接，T1的输出端通过电阻R1连接到仪表放大器T3的正输入端；运算放大器T2的正输入端为右手心电信号输入端、负输入端通过导线直接与输出端短接，T2的输出端通过电阻R2连接到仪表放大器T3的负输入端；T2的输出端通过电阻R2连接到仪表放大器T3的负输入端；运算放大器T1和T2的电源输入端与电源+5V和-5V相连；仪表放大器T3的1脚与电阻R3、R5的一端相连；T1的8脚与电阻R4的一端、电阻R5的另一端相连；电阻R3与R4的另一端为反馈输出端连接到负反馈电路（4）的输入端；仪表放大器T3的1脚和4脚分别连接到电源+5V和-5V，T3的5脚接地；T3的6脚为输出端连接到低频滤波电路（2）的输入端。
3.根据权利要求1所述的一种心电信号采集及预处理电路，其特征在于：所述低频滤波电路（2）包括电容C2和电阻R9-R10；电容C2的一端为输入端与采集电路的输出端相连、另一端与电阻R9、R10的一端相连；电阻R9的另一端接地；电阻R10的另一端为输出端连接到高频滤波电路（3）的输入端。
4.根据权利要求1所述的一种心电信号采集及预处理电路，其特征在于：所述高频滤波电路（3）包括运算放大器T4、电阻R11和电容C3-C4；运算放大器T4的负输入端通过导线直接与输出端短接、两电源输入端分别连接到+5V和-5V；T4的正输入端与电阻R11、电容C4的一端相连；电阻R11的另一端连接到低频滤波电路（2）的输出端；运算放大器T4的输出端通过电容C3与电阻R11的另一端连接到低频滤波电路（2）的输出端，T4的输出端连接到双T型陷波器电路（5）的输入端。
5.根据权利要求1所述的一种心电信号采集及预处理电路，其特征在于：所述反馈电路（4）由运算放大器T5-T6、电阻R6-R8和电容C1连接构成；运算放大器T5的正输入端为反馈输入端与电阻R3-R4的一端相连、负输入端通过导线直接与输出端短接；运算放大器T5的输出端通过电阻R6连接到运算放大器T6的负输入端；电容C1与电阻R7串联连接后两端与电阻R8并联后与运算放大器T6的负输入端和输出端并联；T6的两电源输入端分别连接到+5V和-5V、正输入端接地；运算放大器T6的输出端连接到人体右腿电极贴片。
6.根据权利要求1所述的一种心电信号采集及预处理电路，其特征在于：所述双T型陷波器电路（5）由运算放大器T7-T8、电阻R12-R16和电容C5-C7连接构成；运算放大器T7的正输入端与电容C6、电阻R14的一端相连，电容C6的另一端与电阻R12、电容C5的一端相连；电阻R12的另一端与电容C7、运算放大器T8的输出端相连，电容C7的另一端与电阻R13的一端、电阻R14的另一端相连；电阻R13和电容C5的另一端连接并连接到高频滤波电路（3）的输出端；运算放大器T8的负输入端通过导线直接与输出端短接，正输入端与电阻R15、R16的一端相连，电阻R15的一端连接到运算放大器T7的输出端，电阻R16的另一端接地；运算放大器T7的负输入端通过导线直接与输出端相连，T7的两电源输入端分别连接到+5V和-5V；运算放大器T7的输出端为双T型陷波器电路（5）的输出端连接到下级单片机输入端口。
7.根据权利要求2所述的一种心电信号采集及预处理电路，其特征在于：所述电阻R1和R2的阻值为10kΩ。
8.根据权利要求2所述的一种心电信号采集及预处理电路，其特征在于：所述仪表放大器T3的放大倍数为10倍。
9.根据权利要求1或2所述的一种心电信号采集及预处理电路，其特征在于：所述低频滤波电路（2）构成二阶的巴特沃斯低通滤波器，所述高频滤波电路（3）构成一阶无源高通滤波器电路。
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