基于STM32的心電采集儀設計

　　2.3帶通濾波器的設計

　　從前置放大電路輸出的心電信號還含有較大直流分量和肌電信號，基線漂移等干擾成分，所需采集的有用心電信號在0.03~100 Hz范圍之間，因此需設計合理的濾波器使該范圍內的信號得以充分通過，而該范圍以外的信號得到最大限度的衰減，這里采用具有高精度，低偏置，低功耗特點的兩個OP07運放分別組成二階有源高通濾波器和低通濾波器，高通濾波器由C11，C17，R7，R10組成，截止頻率f1≈0.03 Hz，低通濾波器由R8，R9，C10，C13組成，截止頻率約為f2≈100 Hz，系統帶通濾波器的電路如圖4所示。

　　圖4帶通濾波器

　　2.4 50 Hz雙T陷波器設計

　　工頻是心電信號中最主要也最常見的干擾源，雖然前面的右腿驅動電路對其有一定的抑制作用，但是仍有較大部分進入了后面的電路，因此有必要設計截止頻率為50 Hz的帶阻電路來進一步濾除干擾，帶阻電路也稱陷波器，顧名思義，帶阻電路就是使某特定頻率范圍內的信號大幅衰減，而對該頻率范圍外的信號幾乎不產生影響。雙T陷波電路是典型的帶阻電路，在雙T網絡中，兩個T型網絡的參數是對稱的，如圖5所示的50 Hz雙T陷波電路中，R13=R14=2R16=R=32 kΩ，C20=2C19=2C18=C=200 nF，本質上是由兩個T型高通濾波器和低通濾波器并聯組成，圖5所示電路的截止頻率f0=1/2πRC≈50 Hz.

　　圖5 50Hz帶阻濾波器

　　2.5主放大以及電平抬升電路設計

　　心電信號的幅度約為0~4 mV，STM32 AD轉換的輸入電平要求為3.3 V，因此，為了單片機能夠處理采集到心電信號，需將采集到的模擬信號放大800~1 000倍。前置放大電路已放大了10倍，理論上主放大電路約放大100倍即可。為確保信號不失真，一般單級放大不超過10倍，因此，可采取兩級放大的方式來達到放大100倍的效果，U9固定放大10倍，U11的反饋電阻采用可調電阻，這樣就可以通過變阻器的調節達到放大100的效果。此外，因為STM32單片機的A/D采集不能采集負電平，因此這里設計了如U7所示的電平抬升電路把心電信號提到0電平以上，方便單片機采集。

　　圖6主放大以及電平抬升電路電路

　　3軟件設計

　　得到心電信號后要輸入STM32進行AD采集和軟件濾波，最終送LCD實現波形顯示，單片機初始化后，程序設計定時器每6 ms中斷一次，在中斷函數里，對讀取到的A/D值采取均值濾波的形式濾除干擾，然后把之轉換與彩屏對應的坐標值，在彩屏上畫線實現波形的實時顯示，整個系統的程序流程如圖7所示。

　　圖7系統軟件流程圖

　　4測試結果分析

　　通過電極片和三導聯線在人的左臂，右臂，右腿部采集心電信號經前端模擬電路和STM32處理后，最后在示波器和彩屏上得到的心電信號如圖8所示。

　　圖8系統效果展示圖

　　從彩屏和示波器上所得的心電圖來看，50 Hz工頻信號和基線漂移得到了較好的抑制，從示波器上可看出，相鄰兩個波峰之間的時間大約為900 ms，這與真實的心電信號基本吻合，圖像清晰穩定，能夠較好地反映人體心電特征。

　　5結束語

　　本設計實現的是以STM32為控制核心，以AD620，OP07為模擬信號采集端的小型心電采集儀，該設計所測心電波形基本正常，噪聲干擾得到有效抑制，電路性能穩定，基本滿足家居監護以及病理分析的要求，整個系統設計簡單，成本低廉，具有一定的醫用價值。