CN2216391Y - 微型数字式心电遥测监护仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于微机控制的数字式心电遥测仪器技术领域，本仪器包括由探测电极、前置放大器、滤波、调整电路、A/D转换电路、单片机以及调频发射电路、电极脱落检测电路、电源变换电路组成的便携式发射机和由接收放大电路、解调、解码电路及接口与控制电路组成的接收卡电路。本仪器具有抗干扰性强、工作可靠、功耗低、结构紧凑、体积小等特点，可方便地与PC机联机，进行心电数据实时分析、存贮、回放、报警、显示、适用于医院的病人监护及家庭的自我护理。
Description
本实用新型属于微机控制的数字式心电遥测仪器设计与制造技术领域。
目前国内已有的心电遥测监护装置基本上是直接以模拟量的遥测，其抗干扰性差，功能少，体积大；国外出现一些采用专用大规模芯片构成的数字式心电遥测系统，但由于其成本高，生产难度大无法广泛用于普通家庭使用。
本实用新型的目的在于为克服已有技术的不足之处，利用现代化微处理器控制技术，提供一种微型数字式的心电遥测监护仪，实现对使用者的心电信号的长期、定时、精确的遥控检测与诊断处理，并且具有功能齐全，可靠性高，成本低，体积小等特点。
本实用新型所述的微型数字式心电遥测监护仪，是由便携式发射机与遥控接收卡两部分组成，其特征在于：所说的发射机包括探测心电信号的探测电极；对探测信号进行放大的心电信号前置放大器；将放大的心电信号进行滤波与调整的滤波与电平调整电路；对调整后的模拟信号转换成数字信号的A/D转换电路；对数字信号进行处理以及对各电路进行控制的单片机及其外围电路；对经单片机编码处理后的信号进行频率予调制的频移键控(FSK)一次调制电路，再将其信号进行第二次调频并用高频载波发射出去的调频发射电路，以及为各电路提供不同电压的电源变换电路及对所说电极信号进行检测的电极脱落检测电路；所说的接收卡包括对发射机发射的信号进行接收并放大的接收放大电路，对该信号进行解调成数字信号的FSK解调电路，对其信号放大整形的放大整形电路，再对整形后的信号进行解码得到心电数据的解码电路以及与将此数据送入PC机总线的接口与控制电路。
本实用新型所说的发射机中的前置放大电路可由低功耗运放构成三运放差动放大器；所说滤波与整形电路可包括由双T陷波有源电路构成的滤波电路，由电阻、电容构成的隔直电路，由放大器及电位器构成的电平调整电路以及由放大器构成的二阶有源低通滤波电路；所说的FSK一阶调制电路由锁相环构成。所说的接收卡可采用计算机扩展槽插接件，其中的FSK解调电路可由锁相环构成，所说的解码电路可由异步通讯专用芯片组成。
本实用新型工作原理简述如下：心电信号由导联送入前置放大器进行放大，放大器由低功耗运放构成典型的三运放式差动放大器，可调节共模抑制比，抗干扰性能高，输入阻抗高。放大的信号送入50HZ陷波电路，以去除环境中交流电信号干扰，并经高通滤波电路去除直流分量，为适应A/D采样电压范围，信号进入主放与电平调整电路，由此得到幅值在0—5V之间的心电信号，为了防止高频电路干扰，心电信号又送入低通滤波电路，由此得到幅度与频域皆适宜的心电信号，经A/D采样进入单片机中，单片机对数据进行处理并编码，由串行口将数字量送入调频电路，为提高传输正确率，先由锁相环对数字信号进行预调频，而后进入调频发射电路，用医用高频载波将之发射出去。
接收卡电路首先将调频信号放大接收，解调出副调频信号，然后用锁相环电路将数字信号解调出来，经过放大与整形处理，送入由异步通讯专用芯片组成的解码电路，由此得到心电数据，经PC机总线送CPU，进行波形的显示及数据分析处理。
本实用新型中的信号处理与控制予先编制成计算机程序软件，其中采样程序、信号处理与发送程序固化于单片机的EPROM中，心电信号的接收、显示与分析处理程序存于软盘之中。
本实用新型具有如下特点：
a、有关电路如前置放大电路，滤波陷波电路，电平调整电路，电极脱落检查电路及电源变换电路均由低压供电、低功耗的集成芯片组成，电路有高共模抑制比与抗干扰性强、功耗低、结构紧凑、体积小等特点；
b、本仪器采用二次调频技术、大大降低了误码率，提高检测数据的可靠性；
c、接收卡采用计算机扩展槽插接件，可插入任何型号的PC机上，可方便地利用微机对遥测信号进行实时的分析与检测，进行实时显示，自动识别异常心电并报警，并可对心电数据进行实时的存贮、回放，还可以通过计算机网络将心电波实时或间断送入中心监护站。
d、本仪器既适用于医院内病人的长期实时监护，又适用于一般家庭中老年体弱者的自我健康护理。
附图简要说明：
图1发射机外形及电极导联线图。
图2为电源变换电路原理图。
图3为心电信号前置放大、滤波、电平调整及电极脱落检查电路原理图。
图4为A/D与单片机控制电路原理图。
图5为二次调频发射原理图。
图6为调频接收、解调与放大整形电路原理图。
图7为接口与解码电路原理图。
图8为发射机程序流程图(a)主程序；(b)中断服务程序。
图9为接收机程序流程图(a)主程序；(b)中断服务程序。
本实用新型设计出一种微型数字式心电遥测监护仪实施例，各组成部分如图2—9所示，结合各附图分别详细描述如下：
发射机组成电路部分：
图1为配用的数字式心电发射机外形及与电极导联线图，将三个电极片10贴于病人胸前，经导联线9，8接到接头1，插座2，进入发射机主体5，病人接通电源开关7即可发射心电信号，当有异常或不适时，病人可经按键6呼叫护士。
图2为电源变换电路原理图，其中，将运放IC2：A7642接成电压跟随器形式，以产生人工中点VG，供前置电路使用，用7805稳压块产生+5V的稳压电源供后续数字电路使用。
图3为心电信号前置放大、滤波、电平调整及电极脱落检查原理图，其中由IC1的A、B、C三个运放构成前置级高增益的差动放大电路，A、B是对称的放大器，以获得较高共模抑制比。运放C进行差动放大，电位器P1是为调整共模抑制比而设，整个前置差放级的特点是输入阻抗高，共模抑制比高。在20HZ测试时，CMRR约为81dB。50HZ陷波电路由双T有源电路构成，通过合理选用R13、R18、R19、C1、C2、C4、R20、R21可得到Q值很高的陷波特性，取R18＝R19，R13＝R18，C1＝68000PF＝C2，C4＝2C1，R20＝180K，R21＝200K，测得Q＝5。在隔直电路中，选取R10、C3时间常数为2S。放大器IC2：C担任主放与电平调整双重功效，其中，电位器P3用于放大倍数调节，P2用于电平调整，以得到0—5V范围的模拟信号量，运放IC2：D构成二阶有源低通滤波器，设定其截止频率在100HZ左右，可取R23＝27K，C7＝4700PF，电极脱落检查电路由IC1：D及三极管，发光管L1等构成，IC1：D为比较器，当电极脱落时，它输出高电平，三极管导通，发光管发光，同时off信号触发单片机外中断0，将此信息传入监护站。
图4为单片机控制及A/D转换电路，通过单片机内部定时，获得200HZ的采样率。同时，单片机将数据进行编码处理，并送串口缓冲器SBUF中，以设定的波特率，串行输出数字量。本部分电路所用芯片皆为CMOS低功耗片子，且程序控制单片机随时进入等待运行方式，以降低功耗。27C32的片选端CE接至80C31的地址选通有效ALE。
图5为二次调频发射电路原理图，由CMOS数字锁相环电路CD4046构成一阶FSK调制，由数字信号控制模拟开关的通断来决定压控振荡器的输入电压，进而产生两种不同的振荡频率，本电路将振荡频率调整在10K与20KHZ，LM358：B将振荡信号放大后送入调频发射模块IC，二次调频后将信号发射出去，其发射有效距离的远近由调制电压及电源电压决定。载波频率为250MHZ。
接收卡组成电路：
图6与图7是对应发射电路的反过程，图6为调频接收、解调与放大整形电路，其中接收模块IC将高频信号放大，解调出副载波信号，经运放放大后送入锁相环4046解调出数字信号，而后经放大和施密特触发器整形送出标准的二进制数字信号。
图7为接口与解码电路，由反相器LS04、八与非门LS07构成地址译码电路，决定出本接收卡的I/O端口地址，总线驱动电路由LS245组成，并控制数据流的方向。8250是异步通讯专用芯片，通过对其编程，经振荡电路(OSC)使之按一定的波特率接收串行数据，并以一定的规则来检测码位传输的正确性，它内部有中断管理功能通过其INT端口触发PC机某一外部硬中断(如IRQ5)即可实现与计算机的通讯联络。此时主机CPU便可对其得到的数字量进行分析与处理。
图8为本监护仪发射机的软件流程图，它由两部分组成，即主程序(a)和中断服务程序(b)，当电源开启后，EPROM中的程序开始运行，经初始化设置定时器，中断口触发方式，串行口等的初始状态及参数后，开启定时器，允许中断，循环等待进入中断服务程序(b)，在定时器0的定时及中断控制下，开启A/D按200HZ的采样率进行数据采集、转换，将结果由单片机进行数据处理后用2400b/s的波特率发送出去。
图9为本监护仪接收机的软件流程图，它也是由主程序(a)及中断服务程序(b)两部分组成，由于本板插在计算机主机的槽口中，程序由此主机执行，在(a)主程序中，首先进行初始化，包括图形显示、打开中文字库、菜单、屏幕设置，串行接口工作方式及中断向量设定等，然后开中断，在菜单中接收键盘操作进入硬件中断服务程序(b)，保存环境设置，读取中断状态，通信校验数据，在主机中处理心电数据，存入缓冲区、计算心率、异常处理，然后恢复现场返回主程序(a)，恢复中断向量及其它系统设置，关闭文件。
Claims (3)
1、一种微型数字式心电遥测监护仪，由便携式发射机与遥控接收卡两部分组成，其特征在于：所说的发射机包括探测心电信号的探测电极；对探测信号进行放大的心电信号前置放大器；将放大的心电信号进行滤波与调整的滤波与电平调整电路；对调整后的模拟信号转换成数字信号的A/D转换电路；对数字信号进行处理以及对各电路进行控制的单片机及其外围电路；对经单片机编码处理后的信号进行频率予调制的频移键控(FSK)一次调制电路，再将其信号进行第二次调频并用高频载波发射出去的调频发射电路，以及为各电路提供不同电压的电源变换电路及对所说电极信号进行检测的电极脱落检测电路；所说的接收卡包括对发射机发射的信号进行接收并放大的接收放大电路，对该信号进行解调成数字信号的FSK解调电路，对其信号放大整形的放大整形电路，再对整形后的信号进行解码得到心电数据的解码电路以及与将此数据送入PC机总线的接口与控制电路。
2、如权利要求1所述的监护仪，其特征在于所说的发射机中的前置放大电路由低功耗运放构成三运放差动放大器；所说滤波与整形电路，包括由双T陷波有源电路构成的滤波电路，由电阻、电容构成的隔直电路，由放大器及电位器构成的电平调整电路以及由放大器构成的二阶有源低通滤波电路；所说的FSK一阶调制电路由锁相环构成。
3、如权利要求1所述的监护仪，其特征在于所说的接收卡采用计算机扩展槽插接件，其中的FSK解调电路由锁相环构成，所说的解码电路由异步通讯专用芯片组成。
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