便攜式心電圖采集與控制系統設計

　　系統實(shí)現

　　系統主要模塊框圖如圖2所示。由于電極采集到的心電信號屬于強噪聲背景下的超低頻(0.5～100Hz)微弱信號(0.1～5mV)，所以需要前置放大部分將微弱的心電信號高保真放大，并通過(guò)低通濾波、高通濾波及50 Hz陷波濾除干擾，才可以送往LPC2478的A/D 轉換器AIN0進(jìn)行A/D轉換。

　　前置放大部分電路由輸入跟隨、儀用放大器、右腿浮地驅動(dòng)組成，輸入跟隨器為提高輸入阻抗、獲取更多的心電信號，采用高精度運算放大器OPA427，接收來(lái)自左、右手的心電信號經(jīng)調整后送往儀用放大器，由高精度儀用放大器進(jìn)行一級倒相放大后的信號送到低通濾波器，原始心電信號中的共模噪聲經(jīng)過(guò)一級放大后返回人體，使其相互疊加，從而可以減小人體共模干擾的絕對值，提高信噪比。

　　低通及高通濾波部分，由于心電信號屬于低頻信號，為了去掉高頻的干擾，還須通過(guò)低通濾波。低通濾波器截止頻率為110Hz，放大器的溫漂、皮膚電阻的變化、呼吸和人體運動(dòng)都會(huì )造成心電信號出現所謂的“基線(xiàn)漂移”現象，也即輸出端的心電信號會(huì )在某條水平線(xiàn)上緩慢地上下移動(dòng)。從頻譜上說(shuō)，這些影響都可以歸結為一個(gè)低頻噪聲干擾，于是使用高通濾波器濾除這部分干擾。在主放大器部分，通過(guò)調整電位器的阻值 RP1來(lái)設置整個(gè)心電放大電路的總增益。主放大器采用低功耗低噪聲的運算放大器TLC225。50Hz頻率陷波部分主要用來(lái)濾除以差模信號方式進(jìn)入電路的工頻干擾。電平提升部分用來(lái)把雙極性信號轉化為單極性信號，以便可直接送入AIN0。

　　硬件設計

　　硬件平臺

　　負壓產(chǎn)生電路

　　由于心電圖原始數據處理中數據放大和濾波電路中OPA4277、AD620和TLC2254芯片需要用到負壓，故此在電路中加入負壓產(chǎn)生電路，主要應用電壓轉換芯片MC34063通過(guò)起振產(chǎn)生-12V的負壓，之后再進(jìn)行分壓得到芯片要求的-5V電壓。

　　信號前置放大電路

　　前置放大電路的組成和電路圖如圖3所示。前置放大電路由輸入跟隨器、儀用放大器和右腿浮地驅動(dòng)等三部分組成。

　　(1)輸入跟隨器：提高輸入阻抗、獲取更多的心電信號，采用高精度運算放大器OPA4277，具有超低失調電壓l0 V，超低失調偏移±0.1V，偏置電流最大為l nA。