基于STM32的心電采集儀設(shè)計(jì)

　　2.3帶通濾波器的設(shè)計(jì)

　　從前置放大電路輸出的心電信號(hào)還含有較大直流分量和肌電信號(hào)，基線漂移等干擾成分，所需采集的有用心電信號(hào)在0.03~100 Hz范圍之間，因此需設(shè)計(jì)合理的濾波器使該范圍內(nèi)的信號(hào)得以充分通過(guò)，而該范圍以外的信號(hào)得到最大限度的衰減，這里采用具有高精度，低偏置，低功耗特點(diǎn)的兩個(gè)OP07運(yùn)放分別組成二階有源高通濾波器和低通濾波器，高通濾波器由C11，C17，R7，R10組成，截止頻率f1≈0.03 Hz，低通濾波器由R8，R9，C10，C13組成，截止頻率約為f2≈100 Hz，系統(tǒng)帶通濾波器的電路如圖4所示。

　　圖4帶通濾波器

　　2.4 50 Hz雙T陷波器設(shè)計(jì)

　　工頻是心電信號(hào)中最主要也最常見(jiàn)的干擾源，雖然前面的右腿驅(qū)動(dòng)電路對(duì)其有一定的抑制作用，但是仍有較大部分進(jìn)入了后面的電路，因此有必要設(shè)計(jì)截止頻率為50 Hz的帶阻電路來(lái)進(jìn)一步濾除干擾，帶阻電路也稱(chēng)陷波器，顧名思義，帶阻電路就是使某特定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)大幅衰減，而對(duì)該頻率范圍外的信號(hào)幾乎不產(chǎn)生影響。雙T陷波電路是典型的帶阻電路，在雙T網(wǎng)絡(luò)中，兩個(gè)T型網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)是對(duì)稱(chēng)的，如圖5所示的50 Hz雙T陷波電路中，R13=R14=2R16=R=32 kΩ，C20=2C19=2C18=C=200 nF，本質(zhì)上是由兩個(gè)T型高通濾波器和低通濾波器并聯(lián)組成，圖5所示電路的截止頻率f0=1/2πRC≈50 Hz.

　　圖5 50Hz帶阻濾波器

　　2.5主放大以及電平抬升電路設(shè)計(jì)

　　心電信號(hào)的幅度約為0~4 mV，STM32 AD轉(zhuǎn)換的輸入電平要求為3.3 V，因此，為了單片機(jī)能夠處理采集到心電信號(hào)，需將采集到的模擬信號(hào)放大800~1 000倍。前置放大電路已放大了10倍，理論上主放大電路約放大100倍即可。為確保信號(hào)不失真，一般單級(jí)放大不超過(guò)10倍，因此，可采取兩級(jí)放大的方式來(lái)達(dá)到放大100倍的效果，U9固定放大10倍，U11的反饋電阻采用可調(diào)電阻，這樣就可以通過(guò)變阻器的調(diào)節(jié)達(dá)到放大100的效果。此外，因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/STM32">STM32單片機(jī)的A/D采集不能采集負(fù)電平，因此這里設(shè)計(jì)了如U7所示的電平抬升電路把心電信號(hào)提到0電平以上，方便單片機(jī)采集。

　　圖6主放大以及電平抬升電路電路

　　3軟件設(shè)計(jì)

　　得到心電信號(hào)后要輸入STM32進(jìn)行AD采集和軟件濾波，最終送LCD實(shí)現(xiàn)波形顯示，單片機(jī)初始化后，程序設(shè)計(jì)定時(shí)器每6 ms中斷一次，在中斷函數(shù)里，對(duì)讀取到的A/D值采取均值濾波的形式濾除干擾，然后把之轉(zhuǎn)換與彩屏對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值，在彩屏上畫(huà)線實(shí)現(xiàn)波形的實(shí)時(shí)顯示，整個(gè)系統(tǒng)的程序流程如圖7所示。

　　圖7系統(tǒng)軟件流程圖

　　4測(cè)試結(jié)果分析

　　通過(guò)電極片和三導(dǎo)聯(lián)線在人的左臂，右臂，右腿部采集心電信號(hào)經(jīng)前端模擬電路和STM32處理后，最后在示波器和彩屏上得到的心電信號(hào)如圖8所示。

　　圖8系統(tǒng)效果展示圖

　　從彩屏和示波器上所得的心電圖來(lái)看，50 Hz工頻信號(hào)和基線漂移得到了較好的抑制，從示波器上可看出，相鄰兩個(gè)波峰之間的時(shí)間大約為900 ms，這與真實(shí)的心電信號(hào)基本吻合，圖像清晰穩(wěn)定，能夠較好地反映人體心電特征。

　　5結(jié)束語(yǔ)

　　本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的是以STM32為控制核心，以AD620，OP07為模擬信號(hào)采集端的小型心電采集儀，該設(shè)計(jì)所測(cè)心電波形基本正常，噪聲干擾得到有效抑制，電路性能穩(wěn)定，基本滿(mǎn)足家居監(jiān)護(hù)以及病理分析的要求，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，成本低廉，具有一定的醫(yī)用價(jià)值。