带有自校准功能的ECG信号检测电路设计与实现

发布时间：2020-07-08 11:26

【摘要】：近些年来,随着国民经济发展人民物质生活水平提高和环境的恶化,心血管疾病渐渐成为了危害人民生活健康的一个重大因素,对于心血管疾病的监测和预防逐步成为人类疾病防治的热点。因为心电信号通过检测人体体表电位就可以获得且心电图含有丰富的心血管疾病信息对于检测各种心率不齐、心室心房瓣肌肥大、房室早搏、心肌缺血等心血管病症具有很重要的参考价值,所以心电信号的准确、高效的懫集和处理,对心血管疾病的监测具有重要的研究意义。但是现有的心电监测设备有各种各样的不足,比如:体积过大、造价过高、不方便携带和容易受外接环境干扰等。因此,设计出便携式抗干扰能力较强的心电信号懫集处理电路,对于心脏疾病的筛查和诊疗以及构建立体式社区心血管检测网络具有一定的实际意义。本文主要设计了人体指端心电采集夹体和电极,使用干式刚性接触式电极采用指端采集心电信号更方便;基于国产M2芯片的心电模拟懫集电路板,包括以AD620为核心的心电信号前置放大模块和以SGM8544为核心芯片的滤波模块,该部分对心电信号进行采集、滤波和去噪处理;心电信号自校准电路,以8选1双向模拟开关MC14051和M2为核心芯片对容易受到外界干扰的心电信号针对性的进行补偿放大和抬升,从而实现对心电信号在硬件电路上的保护;以AD124S021为核心芯片的多通道信号模数转换电路,对采集到的人体心电、电池电压等模拟信号进行数字化,方便信号的进一步处理,同时预留2个通道方便后续产品迭代更新如添加运动检测、体温监测等功能;以CC2540和M2为核心的数字信号蓝牙传输电路,对采集到的信号进行蓝牙传输至智能的移动终端或云端,方便进一步用户跟踪和心电数据的存储;同时,还有附加电路如电池电源充电及保护电路,用以实现电路的便携式长时间的监测和优化用户体验。通过将采集到的心电信号与MIT_BIO信号进行归一化比对可知,该采集电路采集到的心电信号含有较全面的生理健康信息,心电各波段波形采集完整而且可随环境和采集样本的变化自动切换放大倍数以及抬升幅度进而得到更理想的波形,因而更有利于下一步心电信号的医学分析。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN911.23;R318
【图文】：

心电图,心电图

西安电子科技大学硕士学位论文P-R 段、S-T 段，这些间断也包含重要的生理信息[30]，比如：P-R 间期也叫作房室延搁，对于它的测量在胎儿健康监测中具有很大的意义[31]，Q-T 间期可以反映心室去极化与复极化过程时间和，对这部分的研究常使用在睡眠监测或者情绪测量上[32]，前文中提到的 LIFE SHIRT 对睡眠质量检测和情绪检测上就是使用算法对这部分间隔做处理[33]。当然有的人会出现一个附加的电势倾斜叫做 U 波，一般来说 U 波比较小，U 波的产生机制在业界还有一定的争执，主流的几种看法认为是心肌受激的电位反映或是乳头肌的复极化反映，所以通常对 U 波不做过多的研究[34]。典型的心电波形如图 2.1 所示。

电极位置,表位,电极

第二章心电采集电路基础理论的电极和导联线来获得肢体表面电势信号，再通过后续电路的差分、放大、滤波等拟调剂处理就可以得到心电信号。按照国际标准所规定的十二导联心电监测体系,需要在人体体表指定放置 10 个理电极,这 10 个电极分别放置在人体的距离心脏较远的四肢和距离心脏较近的胸：左臂(LA)、右臂(RA)、左腿(LL)、右腿(RL)4 个肢体导联电极和胸部(V1~V6)6电极[35]。一般的四肢使用夹体电极，胸前导联常使用干式碗状电极或者吸附式银离湿式电极，按国际标准胸部电极位置如图 2.2 所示：V1 导联体表位置：胸骨右缘第四肋间。V2 导联体表位置：胸骨左缘第四肋间。V3 导联体表位置：位于 V2、V4 导联连线中点。V4 导联体表位置：左锁骨中线第五肋间。V5 导联体表位置：在左侧腋前线与 V4 导联同一水平。V6 导联体表位置：在左侧腋中线与 V4 导联同一水平。

结构图,芯片系统,结构图,存储空间

9图 2.3 M2 芯片系统结构图M2 芯片内置 32 位中央处理器，该 CPU 支持 MIPS-I 指令集编程。同时 M2 内置的 C0 协处理器编程和 32 个通用寄存器。M2 中的 CPU 执行指令过程为标准五水：IF、ID、EX、MEM 和 WB[39]。流水线的思想极大的提高了芯片的工作效率，并不是芯片的流水线级数越多越好，常见的芯片的流水线级数为四级流水、五级、八级流水等等。M2 存储空间结构是冯诺依曼结构，M2 的整个存储空间主要包括 CPU core 的存间和外围特殊功能寄存器（SFR）。2.2.1 M2 的 CPU 存储空间目前 M2 对用户开放的存储空间位User Code & Dat（a1M 存储空间）和Temp DataK 存储空间）这两部分存储空间，Boot Code & Data 用户不可写。其 CPU 存储空

【参考文献】