ADS1298模擬前端的便攜式生理信號(hào)采集系統(tǒng)

摘要：介紹了一種便攜式多功能生理信號(hào)采集裝置，用戶通過簡(jiǎn)單設(shè)置及選擇相應(yīng)電極，可分別進(jìn)行腦電和心電數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，并能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)。它具有精度高、體積小、功耗低等特點(diǎn)。該系統(tǒng)下位機(jī)主要由ST公司的STM32單片機(jī)STM32F103和TI公司的ADS1298模擬前端IC構(gòu)成，省去了大量的外圍電路。下位機(jī)通過USB2．0協(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。上位機(jī)USB驅(qū)動(dòng)由NI-VISA實(shí)現(xiàn)，軟件用LabVIEW開發(fā)。
關(guān)鍵詞：生理電信號(hào)；24位ADC；USB；LabVIEW

引言
生理電信號(hào)在醫(yī)療診斷和科學(xué)研究方面有著重要的意義。目前，生理電信號(hào)采集裝置通常針對(duì)某種特定的信號(hào)設(shè)計(jì)，如腦電圖機(jī)、心電圖機(jī)等。通常精度高的儀器，由于各個(gè)通道均需要獨(dú)立的模擬放大、濾波等模塊，故其體積往往較大，限制了儀器的應(yīng)用環(huán)境。而腦電的幅頻特性“0．001～0．1 mV、0．5～40 Hz”與心電的幅頻特性“1～5 mV、0．05～100 Hz”具有相似性。本文運(yùn)用24位ADC技術(shù)，直接采集生理電信號(hào)，進(jìn)行數(shù)字濾波和放大，設(shè)計(jì)一種能通過簡(jiǎn)單配置，能分別采集腦電和心電的生理信號(hào)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有可復(fù)用、便攜、功耗低等特點(diǎn)，為生理信號(hào)的采集提供一種新方案。

1 總體設(shè)計(jì)
考慮到整個(gè)系統(tǒng)的精度、體積、成本以及電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，提出以下設(shè)計(jì)方案。為減小系統(tǒng)體積，提升精度，系統(tǒng)利用24位A／D轉(zhuǎn)換芯片和低數(shù)值基準(zhǔn)電壓源，得到高分辨率的數(shù)字信號(hào)(μV／bit級(jí))，傳送至單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)具體的應(yīng)用(腦電或心電)配置A／D芯片，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)。由于數(shù)據(jù)量較大，系統(tǒng)上／下位機(jī)之間采用USB協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。為防止人體觸電、減少信號(hào)干擾，USB數(shù)據(jù)鏈路采用ADuM4160芯片進(jìn)行隔離。上位機(jī)采用LabVIEW軟件實(shí)現(xiàn)USB驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)處理和界面的設(shè)計(jì)。圖1為系統(tǒng)的原理框圖。

2 硬件設(shè)計(jì)
2．1 預(yù)處理電路
圖2為預(yù)處理部分電路。該部分由二階無源低通濾波和限幅電路組成，起到消除高頻干擾和過壓保護(hù)的作用。其中，低通截止頻率為30 kHz，可通過電壓幅值范圍為±700mV。