低功耗超大存儲容量的動態心電記錄儀的設計

2 小型動態心電記錄儀設計構架

從圖1可以看出,記錄儀的設計分為模擬心電信號的檢測、放大與濾波、數字心電信號的存儲與處理等部分。即通過導聯輸入心電信號,經放大與濾波、A/D轉換后得到數字化的心電信號,送入單片機系統,由軟件完成QRS波檢測、處理以及存儲,最后通過人機接口電路將心電波形顯示在LCD屏幕上,或通過RS232接口送出檢測的波形數據到微機中,供醫生分析診斷。現分別加以介紹。

2.1 模擬心電信號的檢測放大與濾波

將Ag-AgCI電極貼在病人左臂、右臂和大腿上,從體表獲得的心電信號經高精度、低功耗CMOS運放LMC6035構成的前置放大器放大后,構成標準的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ導聯輸入ECG信號由模擬多路開關CD4052進行切換;選中的那一路ECG信號由低功耗儀器放大器AD620放大,經5階全極點無直流誤差的低通濾波器MAX280濾除高頻干擾,再經一個用LMF90芯片設計的50Hz陷波器進一步抑制電源干擾后,加到全自治式A/D轉換器M12L458上進行A/D轉換,從而得到數字化的心電信號。

2.2 數字心電信號的存儲與處理

本文設計的心電記錄儀的最大特點是超大存儲容量,存儲器由四片閃速存儲芯片28F128J3組成,每片存儲容量為16M字節,4片容量總共為64M字節存儲空間。若以200Hz采樣頻率計算,每導ECG 24小時存儲大約17M字節數據,三導聯ECG數據大約為51M字節。為了高保真地記錄心電數據,醫生一般不希望進行數據壓縮,故不采用任何數據壓縮方法,直接記錄原始心電數據。

2.2.1 大容量閃存28F128J3與單片機W78LE54的硬件接口

由于28F128J3需尋址16M字節空間,需要24根地址線,但8位單片機W78LE54只有16根地址線,可直接尋址64K字節空間,因此,低16位地址(A0～A15)與單片機地址線正常相接,通過P0口外接低功耗高速8D鎖存器74HC377擴展高位地址線(A16～A23),使單片機的尋址能力達16M字節,4片28F128J3的片選信號Y0～Y3由P1口通過74HCl38譯碼器產生。具體電路連接框圖見圖2。

2.2.2 軟件設計

心電記錄儀軟件的主要任務是心電數據采集、QRS檢測、對閃速存儲器的存儲控制、心率數字顯示與報警以及與微機的數據串行通信。軟件以5ms采樣速率控制A/D采樣,對采集來的ECG信號進行非線性變換和積分,形成能量峰,再用改進的自適應雙閾值峰值檢測算法進行QRS檢測,定出RR間期,取其導數為瞬時心率,然后以當前4個心搏的平均心率為新的心率值[4]。將這些數據都存儲于閃速存儲器中,以備醫生通過串口輸入到微機中進行心電波形的回放、分析、診斷和處理。

本文介紹的心電記錄儀,硬件全部采用低功耗器件設計,具有存儲容量大、功耗低、體積小、可靠性高的特點。而且對心電數據未采用任何壓縮算法,ECG信號的保真度高、記錄時間長,是一種可供讀者參考的小型心電記錄儀。