基于51單片機的無線心電監護系統設計

1 引言
隨著經濟的快速發展和人們生活水平的不斷提高，健康已成為人們關注的焦點。心臟疾病是危害人類健康的一大殺手，其偶然性與突發性的特點使得心電監護系統具有重要的臨床應用價值。由于傳統的心電監護儀不能進行遠距離的實時監護，所以便攜式無線心電監護系統顯得更加重要。無線醫療監護系統主要由生理信息與數據采集、無線數據通信、控制和顯示等單元組成。目前國內已有用于臨床的無線心電監護產品，但其采用的方案大都是“采集器+發送器(PDA或手機)”，從成本上看其價格昂貴；從無線傳輸方面看，大多是將心電數據以模擬信號傳輸，這必然導致信號在傳輸過程中發生失真。此外，由于人體電阻差異導致心電信號在1～10 mV之間變動，固定放大倍數系統缺乏適應性。
基于此，這里提出基于C8051F320單片機的無線監護系統。該系統分為數據采集盒和PC監護終端兩部分。數據采集盒在設計中充分考慮其體積小、功耗低、操作快捷的要求，因此全部采用SMT封裝的元器件；PC監護終端通過USB接收數據。采用VC++編寫顯示、存儲、分析處理和報警等功能程序。實驗結果表明該系統能滿足病人在100 m范圍內活動，并能根據不同病人選擇合適的放大倍數；由于心電信號在數據采集盒內經MD轉換器處理后才發送，信號抗干擾能力更強。

2 系統硬件設計
2．1 系統整體構成
系統南數據采集盒和PC監護終端兩部分構成，見圖1。數據采集盒采用C8051F320單片機為核心采集心電數據并控制程控放大器，采用NRF24L01模塊收發數據與PC監護終端通信。PC監護終端中 C8051F320單片機通過NRF24L01模塊接收心電數據并通過自帶的USB接口將數據送至PC機。

2．2 心電采集與程控放大電路
心電信號屬于微弱信號，由于個體差異，體表心電信號的測量幅值范圍為 1～10 mV，在測量心電信號時存在較強干擾，包括測量電極與人體之間構成的化學半電池所產生的直流極化電壓；以共模電壓形式存在的50Hz工頻干擾；人體運動、呼吸引起的基線漂移；肌肉收縮引起的肌電干擾等。針對極化電壓和肌電干擾，采用HOLTER遙測三導連線和一次性心電電極與人體接觸，其中一次性心電電極采用氯化銀和醫用壓敏膠制成，能很好地減小肌電干擾。共模干擾的存在要求前置放大器具有極高共模抑制比(CMRR)，不低于80 dB。根據以上要求，前端放大器采用儀用AD620放大器，放大倍數約50倍；同時為抑制基線漂移和高頻噪聲的影響，后端電路采用0．05～100 Hz的帶通濾波器進一步處理信號進行，然后通過50 Hz的陷波電路再次處理信號。