基于MXT8051的便攜式脈搏&心電監測儀

　　脈搏探測

　　系統采用紅外對管ST168(成本1元)作為光電探測器，探測器在驅動(dòng)電路下工作如圖3所示。發(fā)光LED用1KΩ電阻限流，工作電流在2.5mA左右。接收端為光電三極管，在射極加上偏置電阻為150KΩ，組成共集電極放大電路，光電三極管發(fā)射極輸出的信號即為被脈搏信號調制過(guò)的微弱電信號。電信號經(jīng)過(guò)MXT8051片上運放OP0放大后;輸送給MXT8051片上的AD進(jìn)行數模轉換，成為數字信號;數字信號再經(jīng)MXT8051進(jìn)行數字濾波后存放顯存區以便TFT-LCD顯示。

　　心電采集

　　生物學(xué)原理：心臟位于體液之中，如同一個(gè)電池放在含鹽溶液中一樣，心臟相當于一對電偶，每次激動(dòng)所產(chǎn)生的電流，必然通過(guò)體液傳導，在其周?chē)纬梢粋€(gè)心電場(chǎng)。心電場(chǎng)可以在體表各點(diǎn)形成電位差，因此通過(guò)測量體表電位差即可測量出心電信號。由于體表所記錄到的電位強度與下列因素有關(guān)：

　　1.與心肌細胞的數量成正比;

　　2.與探測電極的位置和心肌細胞的距離的平方成反比;

　　3.與探測電極的方位和心臟去極的方向所構成的角度有關(guān)，角度越大電位越小。

　　心電信號反映了心臟興奮(除極)的產(chǎn)生，傳導和恢復過(guò)程中的生物電變化。標準的心電圖模型如圖4所示。心電信號各個(gè)波段代表不同信息，具體如下：

　　P波：代表心房除極過(guò)程：故P波的異常常是代表心房的問(wèn)題 ;

　　PR間期：代表心房除極開(kāi)始至心室開(kāi)始除極，故其時(shí)間延長(cháng)可見(jiàn)于房室傳導阻滯;

　　QRS波群：心室除極全過(guò)程。若出現寬大畸形QRS波群，常代表心室出問(wèn)題;

　　ST-T：心室復極全過(guò)程。故其異常亦多為心室的問(wèn)題;

　　QT間期：整個(gè)心室活動(dòng)過(guò)程。

　　電路原理：心電是體表的弱信號，大概在0.1mV~5mV之間，頻率范圍大概在0.1Hz-100Hz之間。信號采集首先需要將心電放大到CMOS電平。由于心電信號被深埋在強度高于其幾十個(gè)dB的共模50Hz工頻信號中，因此，心電信號的前置放大器需要使用共模抑制比非常高的儀表放大器。

　　本文選用TI公司的INA331單電源儀表放大器作為前置放大器，INA331是一款超低功耗儀表放大器，系統設計參考INA331說(shuō)明書(shū)中的推薦電路，如圖5所示，經(jīng)實(shí)驗測試，對實(shí)際參數進(jìn)行了少許調整。將來(lái)自?xún)墒帜粗付说男碾娦盘柦?jīng)INA331放大15倍后，送入中間級放大器再放大100倍，這樣即可得到幅值大于1V心電信號。為濾除信號中的噪聲，在中間級放大器上集成了一個(gè)二階低通濾波器，濾除信號中的高頻噪聲。但此時(shí)的心電信號仍含有非常強的50Hz工頻干擾，需要進(jìn)一步對信號進(jìn)行50Hz陷波處理。