电子设计竞赛论文：简易心电图仪.doc

简易心电图仪 作者 ：-- 赛前辅导及文档整理辅导老师 ： -- 摘要 本简易心电图仪以TI公司MSP430单片机为核心 ，采用仪用放大器INA 326 对采集到的微弱心电信号进行前置放大。在后级电路中，采用电压放大器，对波形进一步放大；采用低通滤波器进行滤波，50HZ双T陷波器，消除50HZ工频干扰，以得到清晰的心电波形。同时，我们通过MSP430单片机系统，实现对两路心电信号准确采集，存储，并进行回放。通过12864 LCD实时显示心电图仪工作状态及心率，使整个系统的人机交互更加友好。 Abstract This simple electrocardiogram instrument to TIs MSP430 microcontroller as the core, for use with amplifier INA 326 collected to the weak ECG to preamp. In after-class circuit, a voltage amplifier, to further enlarge the waveform; low pass filter for filtering, 50 HZ Double T notch filter to eliminate 50 HZ frequency interference, in order to get a clear ECG waveform. At the same time, we adopted MSP430 MCU system, to achieve the two-way ECG accurate collection, storage, and playback. 12864 LCD display through real-time ECG and heart rate-work state, so that the whole system of human-computer interaction more friendly. 一、选题以及系统方案论证 1、选题 简易心电图仪着重于心电信号的检测，涵盖了非常丰富的模拟电子技术知识，同时，波形的存储，回放部分，又需要扎实的数字电路，单片机知识作为基础。整个系统要求有非常高的噪声抑制功能，和信号处理能力。需要软硬件的密切配合，才能达到良好的效果。本题具有非常高的趣味性和实用性。 2、选赛题提交参数指标 能够同时清晰显示两路心电波形 ②具有存储，回放两路心电波形的功能。 ③具有液晶同步显示功能，拥有友好的人机界面。 ④能够数字显示心率，示波器显示动态波形。 ⑤电压放大倍数1000倍。 ⑥高共模抑制比 ≥ 80 db ( 包含1.5米长的屏蔽导线 )。 3、选题分析及方案论证 由于人体心电信号是极弱信号，且夹杂于大量的外部高频噪声中，该噪声将产生50/60Hz的固有模式干扰以及共模模式电压干扰。所以，心电信号的采集以及从非常大量的共模态电压及噪声中提取出非常微弱的电信号，成为我们的设计重点。所以，硬件方案的论证，我们主要集中在信号的采集和信号处理上。 （1）信号采集部分 ① 基本差分放大电路 在测量人体心电的过程中，由于人体信号源电阻是变化的，会造成心电信号的放大增益极不稳定。同时，由于50Hz工频信号以及肌电呼吸所带来的干扰，会使基本差分放大电路的共模抑制比急剧下降，共模干扰极易湮没极其微弱的心电信号。所以一般的差分放大电路，例如OP07 ,OP27等，虽然能够抑制共模干扰，但是却无法达到足够高的CMR，所以我们不选取此种方案。 ② 仪用放大器 由于CMR 共模抑制比是衡量心电图仪性能的重要指标之一，而且一般心电图仪都要求运算放大器的CMR不小于80dB ，所以我们选取TI公司低功耗，高精度仪用放大器INA326来消除共模至双端输入的AC线路常见噪声，并放大输入端所残余的非直流信号。由于仪用放大器极高的共模输入电阻，人体信号源电阻的变化对输入电阻的影响几乎可以忽略不计，所以仪用放大器完全可以解决 ⑴ 方案基本差分电路的不足，该方案可取。 ③ 后级放大 对于仪用放大器，作为放大器的第一级，虽然提高增益有益于降低输出噪声，但是考虑到极化电动势，共模抑制比等问题，其增益不应选取太大，所以我们选取5倍增益，而在后级放大电路中，我们选取200倍增益，总的增益为1000倍。 （2）信号处理部分 心电信号为微弱低频小信号，很容易被50Hz或者60Hz干扰，以及其他生物医学带宽的其他噪声或高频成分，电磁干扰（EMI），以及来自其他电子设备的噪声所影响，所以滤波，以及50Hz 工频干扰的处理，成为我们信号处理部分的主要论证内容。 ① 低通滤波器 ⒈ 一阶有源滤波