基于ARM7的新型嵌入式心電監護儀的研制

　　摘要：本文介紹了一種新型便攜式心電監測儀的軟硬件設計，基于ARM核的32位低功耗微處理器作為系統控制核心，系統采用源碼公開的嵌入式uClinux操作系統，可實現心電信號的實時顯示和遠程監測，具有輕便節能、功能強大，安全穩定等優點。

　　關鍵詞：心電ECG ARM uClinux 液晶顯示屏 TCP/IP協議

　　一、緒論

　　心血管疾病是目前對人類危害最大的一種疾病，而心電圖是檢查、診斷和預防該類疾病的主要手段和依據。由于傳統的基于PC機平臺的心電監護儀，價格昂貴，體積龐大，不便于移動且主要集中在大醫院，而無法實時監護患者的病情，給醫生和病人帶來了很大的不便。近年來，隨著嵌入式和網絡通訊技術的飛速發展，我們研制出一種基于ARM7處理器的新型嵌入式心電監護儀，它采用Samsung公司的一款ARM7TDMI核的RISC的32位高速處理器S3C44B0X,具有成本低、體積小、可靠性高、操作簡單等優點，適用于個人、中小醫院和社區醫療單位，為家庭保健(HHC)和遠程醫療(Telemedicine)等新興的醫療途徑提供良好的幫助與支持。

　　二、系統的工作原理

　　圖一 新型嵌入式心電監護儀的系統結構框圖

　　心電信號通過專用電極從人的左右臂采集到后，送入信號調理電路，先經過前置放大器初步放大，經高通濾波濾除直流信號及低頻基線干擾后，由后級放大器放大，再經濾波器進一步濾除50HZ的工頻干擾，經低通濾波器后得到符合要求的心電信號，由模擬信號輸入端送入ADC，進行高精度的A/D轉換。為了更好的抑制干擾信號和防止導聯松動及脫落，我們在電路中還引入了右腿驅動電路和導聯脫落檢測電路。系統控制核心采用Samsung公司的S3C44BOX,液晶顯示屏(LCD)建立良好的人機交互界面，采集到的信號可以通過LCD實時顯示和回放，數據通過因特網基于TCP/ IP(傳輸控制協議、網際協議) 順序可靠地傳輸數據到心電監護中心,為醫護人員及時準確的診斷提供參考。嵌入式實時操作系統采用現在流行的uClinx,管理協調各模塊工作，為系統可靠的運行提供保證。

　　三、系統硬件模塊設計

　　3.1、信號調理電路

　　信號調理電路主要包括：放大器、帶通濾波器、陷波器等。

　　圖二 心電前置放大電路

　　人體心電信號屬于強噪聲背景下的低頻微弱信號，一般只有0.05-5mV,頻譜范圍為：0.05-100HZ,心電信號正常輸出時其幅值約為1mV,而A/D轉換器的輸入電平要求到達1V左右，即心電放大倍數約為1000倍，由于肌電干擾可能造成前置放大器靜態工作點的偏移，甚至截至飽和，所以前置放大器的增益不能太大。我們選用AD620儀表放大器作為系統前置放大器，它具有低噪聲、低漂移、高共模抑制比、高輸入阻抗等特點。它的增益通過1腳和8腳的電阻Rg來調節，可達1-100倍，計算公式為：G=49.4 /Rg+1。我設計初級放大倍數在七級左右，選用精度為0.01%，阻值為8.25 的精密線繞電阻，后級選用TL064將信號放大到A/D轉換器的輸入電平要求。

　　圖三 心電后級放大及濾波電路

　　為抑制直流漂移和放大器通帶外的低頻噪聲，設計一個RC高通濾波器;因心電信號的頻率在100HZ以下，為消除高頻信號和50HZ的工頻干擾，還設計了低通濾波和帶阻濾波器。

　　為防止導聯松動和脫落，設計導聯檢測電路，電極脫落時，比較器的輸出電平由正常的高電平變為低電平，產生報警信號，提醒患者檢查導聯。右腿驅動電路，人體共模電壓檢測出后，經倒相放大反饋到人的右腿上，而沒有直接與放大器的地相聯，這樣人體的位移電流不流到地，而是流到運放的輸出端，對AD620減小了共模電壓的拾取。