基于單片機的便攜式心電圖儀的研究

1 引言

隨著(zhù)我國城市人口老齡化程度的加快,隨著(zhù)物質(zhì)生活的改善,心血管、心臟病一類(lèi)疾病也在不斷的增長(cháng),人們對這一類(lèi)疾病的預防和診斷的需求也在增長(cháng)。因此,人們希望有一種醫療儀器,能夠在家里隨時(shí)隨地進(jìn)行心電圖信號的測量,并且把心電圖信號記錄下來(lái),做大概的判斷,在方便的時(shí)候到醫院讓醫生作進(jìn)一步的診斷。對于情況嚴重的患者或行動(dòng)不便的人,希望能夠利用網(wǎng)絡(luò )通信的先進(jìn)技術(shù),立即把測量的心電圖信號通過(guò)遠程傳送的方式,傳送到指定的醫院由醫生進(jìn)行診斷。作為一個(gè)醫生，在門(mén)診和查病房時(shí)，也希望有一個(gè)可以隨身攜帶的心電圖儀器，方便疾病的快速診斷。

有鑒于此,根據目前的微電子、單片機和計算機技術(shù),我們通過(guò)對現有心電圖儀器的應用狀況進(jìn)行了調查,利用單片機研制成功一種便攜式心電圖儀,由LCD液晶顯示器以圖形的方式顯示心電圖。并通過(guò)RS-232串行接口與計算機相連接,可以實(shí)現網(wǎng)絡(luò )信息遠傳,是一種新穎的臨床和家庭兼用的心電圖儀。

2 儀器性能

1）儀器結構形式 便攜式,二節5#電池供電

2）電極結構 固定式愛(ài)因霍文三角形結構的標準導聯(lián)

3）圖形顯示方式 由單片機控制的LCD液晶顯示器以圖形的方式顯示,圖形可以放大、縮小、移動(dòng)和存儲

4）通信方式 以單片機的串行接口與計算機的RS-232相連接,由計算機通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠程傳送

3 心電圖儀的組成

3．1.硬件組成

圖1 便攜式心電圖儀的硬件組成

·心電圖電極

心電圖電極是由銅質(zhì)金屬構成,呈愛(ài)因霍文三角形結構,可以直接放置在人體的胸部，以標準導聯(lián)的方式獲得心電圖信號。

·心電圖信號處理電路

心電圖電極獲取的心電信號電壓非常微弱，只有1mV左右，需要對此信號進(jìn)行放大，一般要放大幾千倍，變換成0-5V，便于進(jìn)行A/D變換。

·單片機系統

單片機系統用于接收心電圖信號處理電路傳送來(lái)的0-5V電壓信號，把模擬電壓信號變換成數字信號，并對信號進(jìn)行處理后以圖形的形式在LCD液晶顯示器上顯示，并且把測量的心電圖信號通過(guò)自身的串行口傳送出去。單片機應具有低電壓、低功耗的特點(diǎn)，一般8位單片機能夠滿(mǎn)足要求。LCD液晶顯示器采用點(diǎn)陣式圖形顯示器，128×64點(diǎn)陣的液晶顯示器基本能完整地顯示心電圖的波形，由于該種類(lèi)型的LCD液晶顯示器本身帶有驅動(dòng)器，因此單片機可以方便地進(jìn)行控制。

·計算機系統-1

計算機系統-1是一臺普通的PC機，通過(guò)RS-232串行口，采集到單片機發(fā)送來(lái)的心電圖信號，通過(guò)高級語(yǔ)言編寫(xiě)程序，在PC機上顯示心電圖的波形，存儲和打印心電圖的信號。并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)把信息遠程傳送到遠端的計算機，供遠程診斷用。

·計算機系統-2

該計算機通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)計算機系統-1，能實(shí)時(shí)觀(guān)察到遠端患者的心電圖信號，通過(guò)心電圖波形的分析，實(shí)現醫療遠程診斷。

3．2.軟件組成

便攜式心電圖儀的軟件由單片機、計算機及遠程通訊三部分組成。

3．2．1 單片機軟件

·數據采集 對心電圖信號處理電路傳送來(lái)的0-5V模擬電壓信號變換成數字信號，并進(jìn)行數字濾波等處理，得到有效的心電圖數字信號。

· 圖信顯示 根據人體心臟跳動(dòng)的速度，實(shí)時(shí)地以圖形的形式在LCD液晶顯心電圖波形，并且可以使圖形放大、縮小、移動(dòng)和存儲。

·串行通訊 通過(guò)單片機本身具備的串行口，設置恰當的波特率，把心電圖信號以串行方式傳送出去。

3．2．2計算機軟件

應用VB高級語(yǔ)言，從RS-232口獲取心電圖實(shí)時(shí)信號，在顯示器上顯示心電圖波形。利用PC機的功能，對心電圖信號進(jìn)行分析、存儲、打印記錄。利用互聯(lián)網(wǎng)把心電圖信息發(fā)送到網(wǎng)絡(luò )上。

3．2，3遠程通訊軟件

在遠端的計算機，應用遠程通訊軟件，在網(wǎng)絡(luò )上實(shí)時(shí)獲得心電圖信號，供醫生在遠端進(jìn)行遠程診斷，在兩臺計算機之間必須實(shí)現具體的約定。

4 心電圖信號的測量

心電圖是從人體體表記錄的心臟電位變化曲線(xiàn)，反映了心臟興奮的產(chǎn)生、傳導和恢復過(guò)程中的生物電位變化。心電圖典型的波形圖如圖2所示。