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基于STM32的便携式心电信号测量仪的设计

徐超;邬志锋

【摘要】本设计是基于STM32处理器,通过双导联体表测量方式获取人体的心电

信号,经前级模拟信号处理后再经STM32数字化处理,得到清晰、稳定并能够反映

人体实际心电特征的生物电信号,具有操作简单、价格低廉、便于携带的优点.

【期刊名称】《装备制造技术》

【年(卷),期】2012(000)001

【总页数】4页(P57-59,65)

【关键词】双导联式测量;心电信号;便携式;STM32单片机

【作者】徐超;邬志锋

【作者单位】广东交通职业技术学院,广东广州510800;广东交通职业技术学院,广

东广州510800

【正文语种】中文

【中图分类】TH77

随着生活水平的不断提高，人们在医疗保健方面的需求越来越强烈，老年保健已成

为社会高度关注的问题。而对于慢性疾病患者，特别如心脏病、心脑血管等高危疾

病的患者，更希望不间断地检测病情和得到及时处置。同时，我国幅员辽阔，医疗

水平有明显的区域性差别，大医院里通常人满为患，需要浪费很长时间排队挂号和

就医，而广阔的边远地区和农村地区的病人，却因为享受不到好的医疗监护而错失

治疗机会。这就迫切要求一种及时、高效和低成本的医疗方式的产生。随着电子、

通信和医疗等科学技术的提高，能否设计便携式心电测量仪器，既方便患者使用测

试，又能较准确地显示人体的心电特征，是科技工作者在思考和探索的问题。

1设计框图

传统的心电测量，一般使用的是五导联结构，即在人体的左右手臂、左右脚踝和前

胸连接点击，然后再进行测量。该测量方法准确，但是因为需要连接的导线较多，

导致测量需要的准备时间长，同时由于操作较复杂，无法将心电信号测量变成如同

体温测量一样简单方便，实现病患者直接在家中即可自我监控。本设计拟基于

STM32处理器制作一双导联便携式心电图设备，设计框图如图1所示。

图1便携式心电图测量仪系统框图

本设计所制作的心电信号测量仪，使用时只需要用两手的大拇指触摸两边的铜箔，

心电信号即可在液晶显示屏上滚动显示，并实时存储到SD卡上或通过USB数据

线将该信号上传到PC，以便对心电数据做进一步的分析，还可快速、方便探测人

体心电信号。本设计具有操作简单、易于携带的特点。

2电路构成

心电信号作为心脏活动在人体体表的表现，具有信号微弱、信噪比低、易受环境影

响等特点。在测量心电信号时，容易受到工频信号、基线、电极接触噪声、肌电、

放大电路内部噪声等多种因素的干扰。为了能获取良好的心电信号，本设计的心电

信号由电极从人体左右拇指端获取，送到心电信号处理电路，经前级差分放大、高

低通滤波后，再通过输出放大后得到一个可以被STM32处理器的模数转换器采样

的模拟信号。

2.1心电信号的差分放大

在体表获取生物电信号时，大量的无线电信号也会随着有用信号一起被传感器转化

为电信号，如果这些信号不加处理即送去模数转换端，必将造成大量的共模噪声信

号，所以在传感器输入端，务必要想办法去掉大量的共模信号，而仪表放大器是最

适合用来实现这个功能的。本设计采用ADI公司的AD622仪表放大器，电路如图

2所示。

AD622具有低噪声、低漂移、高共模抑制比、高输入阻抗等特点，它的电压放大

倍数可达1000倍。

图2心电信号前端差分放大电路

电极极化电压最大可达300mV，为了防止前置放大器进入截止或饱和状态，必须

限制其放大倍数，这里增益取10左右即可，由

得出

外部电阻R0选用阻值为5.1kΩ的精密线绕电阻，

实现其电压放大倍数为G=1+50/R0=10.8。

2.2基线漂移处理

大量的医学资料和实践说明，人体呼吸和测量电极与人体的接触情况，会造成一定

的噪声，这类噪声的特点是频率小于0.5Hz，称为基线漂移。这类信号如果长时

间存在，会在后端的电路中产生累积，从而造成比较大的直流偏移。本设计使用了

一个下限频率为0.5Hz的高通滤波器，从而去掉了基线漂移信号，电路如图3所

示。

图3心电信号基线漂移处理电路

2.3低通滤波

生物电子学相关理论证明，心电信号的频率范围为0.05～100Hz，100Hz以上

的电信号对于心电信号来说，均为带外信号，必须要使用滤波器将