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基于MSP430的低功耗便携式心电仪的设计

2020-11-18 02:05:18

  心电图是心脏疾病诊断的重要工具之一,目前在医院临床中有广泛的应用,给医生诊断病症带来很大的帮助。传统的心电仪虽能有效地监测心电、降低心脏病患者的死亡率 ,但不能对患者进行长时间的实时监护,而且存在体积大、功耗高、携带不便等缺点。鉴于此,本文设计了一种结构简单、性能稳定、可靠的便携式心电仪,能够在家庭、野外等一些场所对心电进行实时监测,具有广泛的应用前景。

  1 系统硬件结构及原理

  低功耗便携式心电仪由MSP430F169、心电信号采集调理电路、液晶显示模块、数据存储模块、按键输入模块等组成,如图1所示。

  通过以标准导联方式I和人体相连的电极取得的心电信号,因为环境中存在各种干扰(人体自身的肌电干扰,外部的工频干扰等),所以必须经过模拟放大电路的放大、滤波等调理之后才可进入MSP430F169单片机,利用单片机内部的A/D模块对模拟信号进行模数转换,然后存储数据,并在液晶屏上显示,观察者可以直观地看到心电信号波形和每分钟心跳的次数。系统采用SD卡来存储采集的数据,采集的心电信号数据可以长时间存储,这对于心电信号异常且有偶发性的病人具有重要价值。系统还可以通过串口把采集的心电信号实时传输到上位机,由上位机显示并进行实时分析。

  1.1 微控制器

  微控制器采用TI公司的MSP430F169单片机,它是一款低功耗单片机,当所有器件均采用低功耗模式工作时,总功率不到1 W,RAM 数据保持方式下耗电仅 0.1 ?滋A,活动模式下耗电250 μA/MIPS,特别适合于便携式设备;片内集成有12 bit A/D转换模块,4种转换模式,转换速度最快达到200 Kb/s,足以满足心电采集的要求。

  1.2 心电信号调理电路

  心电信号调理电路是本系统的重要环节之一,主要由前置放大、高通滤波、50 Hz陷波、低通滤波和后级放大电路组成,如图2所示。因为体表ECG心电仪一般只有0.05 mV~5 mV,具有微弱和易受干扰等特点, 因此,采用高输入阻抗、高共模抑制比的差分放大电路进行前置放大,以增大输入阻抗、减少共模信号干扰;带通滤波电路主要由高通滤波器和低通滤波器组成,通频带为0.5 Hz~100 Hz,滤除心电频率范围以外的干扰信号;50 Hz 陷波处理器滤除工频干扰;后级放大器将ECG信号进一步放大100倍左右到合适范围,然后输出到核心控制器MSP430F169的A/D模块。

  1.3 数据存储模块

  本系统中使用SD卡存储采集的心电信号数据。SD卡是一种体积小、容量大、性价比高、访问接口简单的存储卡,具有低功耗、非易失性等特点,被大量应用于数码照相机、手机等便携式设备中。使用SD卡可将心电数据传送到功能更强大的PC机中进行进一步的分析处理,其接口电路如图3所示。其中,DAT0~DAT3为数据线,CMD为命令线,CLK为时钟线,为存储模块提供时钟,CD_SW用于控制SD卡的热插拨。


  MSP430F169的P1.1~P1.5连接5个独立按键,其中4个用于调整心电波形显示的周期和幅值,1个用于串口数据发送。