基于C8051單片機的無線心電監(jiān)護系統(tǒng)設計

1 引言
隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，健康已成為人們關(guān)注的焦點。心臟疾病是危害人類健康的一大殺手，其偶然性與突發(fā)性的特點使得心電監(jiān)護系統(tǒng)具有重要的臨床應用價值。由于傳統(tǒng)的心電監(jiān)護儀不能進行遠距離的實時監(jiān)護，所以便攜式無線心電監(jiān)護系統(tǒng)顯得更加重要。無線醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)主要由生理信息與數(shù)據(jù)采集、無線數(shù)據(jù)通信、控制和顯示等單元組成。目前國內(nèi)已有用于臨床的無線心電監(jiān)護產(chǎn)品，但其采用的方案大都是“采集器+發(fā)送器(PDA或手機)”，從成本上看其價格昂貴；從無線傳輸方面看，大多是將心電數(shù)據(jù)以模擬信號傳輸，這必然導致信號在傳輸過程中發(fā)生失真。此外，由于人體電阻差異導致心電信號在1～10 mV之間變動，固定放大倍數(shù)系統(tǒng)缺乏適應性。
基于此，這里提出基于C8051F320單片機的無線監(jiān)護系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集盒和PC監(jiān)護終端兩部分。數(shù)據(jù)采集盒在設計中充分考慮其體積小、功耗低、操作快捷的要求，因此全部采用SMT封裝的元器件；PC監(jiān)護終端通過USB接收數(shù)據(jù)。采用VC++編寫顯示、存儲、分析處理和報警等功能程序。實驗結(jié)果表明該系統(tǒng)能滿足病人在100 m范圍內(nèi)活動，并能根據(jù)不同病人選擇合適的放大倍數(shù)；由于心電信號在數(shù)據(jù)采集盒內(nèi)經(jīng)MD轉(zhuǎn)換器處理后才發(fā)送，信號抗干擾能力更強。

2 系統(tǒng)硬件設計
2．1 系統(tǒng)整體構(gòu)成
系統(tǒng)南數(shù)據(jù)采集盒和PC監(jiān)護終端兩部分構(gòu)成，見圖1。數(shù)據(jù)采集盒采用C8051F320單片機為核心采集心電數(shù)據(jù)并控制程控放大器，采用NRF24L01模塊收發(fā)數(shù)據(jù)與PC監(jiān)護終端通信。PC監(jiān)護終端中 C8051F320單片機通過NRF24L01模塊接收心電數(shù)據(jù)并通過自帶的USB接口將數(shù)據(jù)送至PC機。

2．2 心電采集與程控放大電路
心電信號屬于微弱信號，由于個體差異，體表心電信號的測量幅值范圍為 1～10 mV，在測量心電信號時存在較強干擾，包括測量電極與人體之間構(gòu)成的化學半電池所產(chǎn)生的直流極化電壓；以共模電壓形式存在的50Hz工頻干擾；人體運動、呼吸引起的基線漂移；肌肉收縮引起的肌電干擾等。針對極化電壓和肌電干擾，采用HOLTER遙測三導連線和一次性心電電極與人體接觸，其中一次性心電電極采用氯化銀和醫(yī)用壓敏膠制成，能很好地減小肌電干擾。共模干擾的存在要求前置放大器具有極高共模抑制比(CMRR)，不低于80 dB。根據(jù)以上要求，前端放大器采用儀用AD620放大器，放大倍數(shù)約50倍；同時為抑制基線漂移和高頻噪聲的影響，后端電路采用0．05～100 Hz的帶通濾波器進一步處理信號進行，然后通過50 Hz的陷波電路再次處理信號。