基于無線的心電采集與傳送系統(tǒng)設(shè)計

1、基于無線的心電采集與傳送系統(tǒng)設(shè)計                 【摘要】 利用nRF401無線收發(fā)芯片設(shè)計一個心電信號的前端采集與傳送系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以嵌入心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中，實現(xiàn)信號采集系統(tǒng)與信號處理系統(tǒng)分離，增強(qiáng)設(shè)備應(yīng)用的靈活性?！娟P(guān)鍵詞】 nRF401；心電采集；無線收發(fā)【Abstract】 In this paper，a data acquisition and wireless transmittal system which i

2、s based on nRF401 was designed.The system can be embeded in the ECG Holter system easily，so that data acquisition system can be separated form signal processing system. In this way，we can obtain the more flexible method to use it.【Key words】 nRF401；data acquisition；wireless transceiver心血管疾病是威脅人類生命的主

3、要病癥之一，由于未能及時發(fā)現(xiàn)病變進(jìn)行早期搶救，許多心臟病患者往往極易死亡。然而，其發(fā)病具有很大的偶然性與突發(fā)性，一些異常的心電信息只有在某些特殊的情況下才出現(xiàn)。因此，有必要對被監(jiān)測者在正常生活狀態(tài)下的ECG進(jìn)行長時間記錄與分析。動態(tài)心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)作為一種對心血管疾病進(jìn)行長期監(jiān)測小型隨身佩戴裝置，在臨床與健康護(hù)理中得到廣泛的應(yīng)用。但隨著電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們對它的功能提出越來越高的要求，如圖形顯示、網(wǎng)絡(luò)連接、實時診斷等過去依靠PC機(jī)實現(xiàn)的高級功能也成為其必備的基本功能1，這將使得裝置整體體積變大，且要攜帶更多的電池供電，從而導(dǎo)致佩戴的用戶覺得不便。于是，我們設(shè)計一個基于無線傳輸?shù)男碾娦盘?/p>

4、采集模塊，將數(shù)據(jù)采集端與信號處理部分分開。這樣，用戶只需佩戴采集端即可實現(xiàn)心電信號的長期監(jiān)測與實時分析，從而增強(qiáng)設(shè)備的靈活性，減輕用戶攜帶完整裝提基于無線的心電采集與傳送系統(tǒng)設(shè)計 置給生活帶來的不便。1 系統(tǒng)原理本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要分為三部分：(1)心電采集及放大電路。這一部分包括心電電極、放大電路，完成心電圖的采集及放大工作；(2)核心控制及A/D轉(zhuǎn)換電路。這一部分主要由ADC812單片機(jī)構(gòu)成，實現(xiàn)電路系統(tǒng)控制、信號A/D轉(zhuǎn)換功能；（3）無線發(fā)送/接收電路。利用nRF401無線收發(fā)芯片構(gòu)成一個無線發(fā)送和接收電路，實現(xiàn)信號的無線發(fā)送和接收。下面分別介紹這三部分。1.1 心電采集及放大電路 電路

5、采用兩級放大，后級放大器放大倍數(shù)可調(diào)，總放大倍數(shù)為1000。原理圖如圖1所示。前置級心電放大電路的性能指標(biāo)決定了整個放大器的輸入特性，因此系統(tǒng)選用AD623芯片，輸入阻抗高、共模抑制比高、噪聲低、功耗低。后置級放大電路采用功耗極低的ICL7642構(gòu)成。濾波電路選用ICL7642外接電阻電容構(gòu)成，高通濾波電路截止頻率0.05Hz，用以去除基線漂移；低通濾波電路截止頻率100Hz，既抑制高頻干擾又滿足采樣抗混疊的要求。1.2 核心控制及A/D轉(zhuǎn)換電路 核心控制芯片選用美國AD公司出品的ADC8122，該芯片是一款真正意義上的完整數(shù)據(jù)采集與控制芯片，其內(nèi)部包含了一個與8051兼容的8位MCU、一個1

6、2位A/D轉(zhuǎn)換器，具有多路傳輸、采樣/保持、片內(nèi)基準(zhǔn)電壓、自校準(zhǔn)等特性，利用其設(shè)計信號采集系統(tǒng)時無需外接A/D轉(zhuǎn)換器及采樣保持電路。直接利用其P1口（模擬輸入口）接放大后的模擬心電信號，就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與A/D轉(zhuǎn)換功能。另外，ADC812的MCU內(nèi)核和模擬轉(zhuǎn)換器二者均有正常、空閑和掉電工作模式，非常適合于低功率應(yīng)用的靈活電源管理方案。1.3 無線發(fā)送/接收電路 電路設(shè)計自始至終都要求體積小、功耗低。但傳統(tǒng)的無線傳送設(shè)計方案不是電路繁瑣，就是調(diào)試?yán)щy，且所需的外圍器件比較多，限制了其在本設(shè)計中的應(yīng)用。因此，在電路設(shè)計中將采用nRF401無線收發(fā)芯片實現(xiàn)信號的無線收發(fā)。nRF4013是挪威NOR

7、DIC公司推出的一款利用藍(lán)牙核心技術(shù)設(shè)計的無線收發(fā)一體芯片，它內(nèi)部集成高頻接收/發(fā)射、PLL合成、FSK調(diào)制/解調(diào)和雙頻切換等單元。芯片本身可直接與單片機(jī)串口連接，也可經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后于PC機(jī)串口連接，而且傳輸數(shù)據(jù)時無須進(jìn)行曼徹斯特編碼，大大減少了軟件的編寫量和產(chǎn)品開發(fā)難度。根據(jù)nRF401的特性，電路結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，只需利用一個nRF401芯片和簡單的外圍電路，即可實現(xiàn)設(shè)計所要求的信號無線發(fā)送/接收功能。電路中，ADC812的P0.0、P0.1、P0.2引腳分別與nRF401的CS、PWR_UP和TXEN引腳相連接，用戶可以方便的控制nRF401信號發(fā)送與接收通道、電源管理方式和工? ,基

8、于無線的心電采集與傳送系統(tǒng)設(shè)計(2) 髂劍?接收）。2 軟件設(shè)計ADC812片內(nèi)集成的ADC比傳統(tǒng)的ADC芯片的工作方式更靈活、方便。它通過內(nèi)部ADC控制寄存器ADCCON1控制轉(zhuǎn)換和采樣間隔時間、硬件轉(zhuǎn)換模式以及掉電模式，控制寄存器ADCCON2控制ADC通道選擇和轉(zhuǎn)換模式，寄存器ADCCON3為狀態(tài)寄存器，由用戶軟件給出ADC的狀態(tài)指示。通過對ADCCON1和ADCCON2控制寄存器進(jìn)行配置，就可以將ADC設(shè)置在不同的工作模式下。nRF401的軟件實現(xiàn)和普通的串口通信的編程實現(xiàn)基本一樣，只需要對ADUC812的通用串行接口進(jìn)行初始化操作。但需注意的是，不同的工作模式轉(zhuǎn)換時，電路有延遲現(xiàn)象出現(xiàn)，程序中需做相應(yīng)的延時處理。具體轉(zhuǎn)換時間見圖3。3 結(jié)束語通過無線方式將患者心電信號傳輸給心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，可以增強(qiáng)設(shè)備的靈活性，減輕用戶攜帶完整裝置給生活帶來的不便。另外，本系統(tǒng)有8個輸入通道，除了監(jiān)測心電信號外，還可以同步監(jiān)測血壓、血氧和睡眠呼吸等生理參數(shù)，較好的克服使用傳統(tǒng)的有線系統(tǒng)所帶