发布时间 : 星期日 文章基于单片机的心电监测系统设计更新完毕开始阅读966429e36bec0975f465e298
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两点，电极通过多股绝缘芯线绞成的屏蔽线与心电监护仪的放大器相连，测量出电极在体表的电位差就是心电信号，描成曲线就是心电图。在测定心电信号波形时，电极安放的位置以及导线与放大器连接的方式，称为心电仪的“导联”。
将电极捆绑在手腕或脚腕的内侧面，并通过较长的屏蔽导线与心电仪连接的方式称为“标准导联”。习惯上对这些电极规定了表示符号和连接导线的颜色，如表3.1所示。
表3.1 导联标记
电极的部位 表示符号 导线颜色 右臂 RA 红 左臂 LA 黄 左腿 LL 蓝（绿） 右腿 RL 黑 标准导联直接把两个肢体的电位加到心电放大器的输入端，所描述的波形即为两点电位差的变化。
标准Ⅰ导联：右臂（RA）接放大器反相输入端（-），左臂（LA）接放大器同相输入端（+），右腿（RL）作为参考电极，接心电放大器的参考点。
标准Ⅱ导联：右臂（RA）接放大器反相输入端（-），左腿（LL）接放大器同相输入端（+），右腿（RL）作为参考电极，接心电放大器的参考点。
标准Ⅲ导联：左臂（LA）接放大器反相输入端（-），左腿（LL）接放大器同相输入端（+），右腿（RL）作为参考电极，接心电放大器的参考点。本课题采用标准Ⅰ导联方式，右腿（RL）的参考电极连接补偿电路[3]。
图3.1 信号采集电路输入端示意图
在本次的设计中，采用标准Ⅰ导联方式，即如图3.1所示，IO1端作为参考电极
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接右腿，IO2端接左臂，IO3端接右臂。
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3．2 前置放大电路的设计
本设计中的前置放大电路采用集成仪表放大器AD620。因为本次设计所要处理的电信号比较微弱，而且对其波形质量要求较高，要求具有高输入阻抗，高共模抑制比，低噪声和低漂移。所以在本次设计中可以选用集成仪表放大器AD620来进行前置放大电路的设计。
3.2.1 AD620芯片简介
AD620内部由三个放大器共同组成，其引脚图如图3.2所示。在使用中，芯片1、8脚接Rx,4、7脚接正负相等的工作电压，2、3接输入的弱电压信号，6脚为输出引脚，5脚为参考基准。
图3.2 AD620管脚图
本设计可以通过调整Rx的大小来调整AD620的增益值，其增益可以通过公式(3.1)进行计算。
G?49.4K??1 (3.1) RGAD620增益范围是1～1000。它具有低耗电，精确度高，低噪声，温度稳定性好，放大频带宽，噪声系数小，具有较高的共模抑制比，调节方便等特点。该芯片可提供的最大电流为1.3mA的电流。适用于ECG测量、医疗器件、压力测量、信号采集等场合。
3.2.2 前置放大电路设计
如图3.3所示，差分输入端IO2、IO3分别接标准Ⅰ导联的正负输入端，R1、R4 、R5共同决定放大电路的放大倍数。
在整体的电路工作中，因为心电信号比较微弱，所以要求放大1000倍左右。但是，根据小信号放大器的设计原则，前级的增益不能设置太高，因为前级增益过高将不利于后续电路对噪声的处理，在本次设计中，可以要求前级电路放大8倍以便于后面对心电信号进行处理。
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图3.3 前置放大电路
3.2.3 元器件参数计算
表3.2 元器件参数
元器件 参数 R1 8.25kΩ R4 24.9kΩ R5 24.9kΩ C1 4.7μF AD620的外围电路仅为一个控制增益的电阻Rx，由公式（3.1）计算可以得出此处的增益：
G?49.4k?49.4k?(R4?R5)?1=?1?8.07 （3.2） RXR4R5通过计算，从中可以看出前置放大电路的增益约为8倍，符合设计要求。因此本设计可以选用表3.2中的元器件来搭建放大电路，保证设计的前置电路符号设计的要求。
3．3 补偿电路的设计
为了抵消人体信号源中的各种噪声干扰，包括工频干扰。在本次设计中可以引入补偿电路[3]。
运算放大器AD705J、R2、R3、C1共同组成补偿电路，IO1连接人体信号源参考端。引入补偿电路的方法是在前级放大电路的反馈端与信号源地端建立共模负反馈，为提高反馈深度，将反馈信号放大后接人体信号源参考端，这样可以最大限度的抵消工频干扰。电路如图3.4所示。
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图3.4 补偿电路电路图
3．4 滤波电路的设计
3.4.1 低通滤波器电路的设计
为了滤除105Hz以上的干扰信号，需要设计一个截止频率为105Hz的低通滤波器。本设计可以采用有源低通滤波器，根据学过的滤波器知识，先确定低通滤波器的大致形式，然后通过计算确定滤波器选用的电阻、电容值，确定截止频率为105Hz。在这次设计中，可以采用的运算放大器为OP07，设计的电路图如图3.5所示。
图3.5 低通滤波器电路图
根据设计要求，f=105Hz,由公式（3.3）
f=1 (3.3) 2?RCuF。由于采用巴特沃斯滤波器，可知可以计算出若R?10k?，则C=0.15