無線通信的心電監(jiān)護系統設計論文

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1系統總體設計

1.1信號采集模塊

心電信號屬于低頻、微弱和強噪聲背景下的自然信號，為了提取有用的心電信號，使得前置放大電路應具有高共模擬制比、高輸入阻抗、低噪聲和低溫漂等特點。為了更進一步提高前置放大電路的共模擬制效果，采用了右腿驅動電路。心電信號的頻帶范圍主要分布在0.05～100Hz，為了在復雜的信號中提取出有用的心電信號，采用了四階低通濾波器和二階高通濾波器。雖然前置放大電路對共模干擾有很強的抑制作用，但是仍有小部分50Hz的干擾信號沒有被濾除，再加上外界干擾和不可避免的因素存在，使得提取的有用信號中仍然有較強的50Hz工頻干擾，因此設計了50Hz陷波器。此時為了后期對提取的有用心電信號進一步處理，符合A/D轉換器的輸入電壓，需要進一步對信號進行放大，采用了二級放大電路。其整體結構如圖2所示。

1.2信號的控制與傳輸

信號的接受與發(fā)送采用的是TI公司經過幾次優(yōu)化的CC2530，該芯片適應于2.4GHzIEEE802.15.4的RF收發(fā)器，具有極高的接受靈敏度和抗干擾能力，可編程的輸出功率高達4.5dBm，且連接簡單，外電路只需接少量器件即可。微控制器選用的是MSP430F149用來實現對收發(fā)狀態(tài)信息的讀寫。

1.3電源供電模塊

電源是各個模塊必不可少的部分，各個模塊所使用的電壓也有所不同，本次設計包括信號采集模塊電源設計、信號發(fā)送模塊電源設計、信號接收模塊設計和串口的電平轉換模塊。其中信號采集模塊使用的運放有AD627、OPA333和OPA2333，其所需電壓為-3.3V，信號發(fā)射與接收模塊采用芯片MSP430F149、CC2530F64，所需電壓為+3.3V?？梢杂萌?jié)干電池（4.5V）來供電，對其進行電平轉換。

（1）對運放AD627、OPA333和OPA2333而言，需要將4.5V轉換為-3.3V，所采用的是ADM660芯片，可外加少量的器件即可實現電平的轉換，簡單易行。對MSP430F149、CC2530F64需要將4.5V轉換為+3.3V，可用電荷泵MAX1759實現。具體電路圖所示：

（2）信號接收模塊需要與電腦連接，從電腦端口的USB接口獲取+5V的電壓，需要將5V電壓轉化為+3.3V電壓，才能使單片機正常工作，本次設計采用芯片LM1117實現。

（3）接收器接收的信號要通過RS-232串口傳給電腦，但串口的TXD和RXD的電平為正負3伏到正負15伏之間，而單片機的輸出電平為0～＋3V之間。必須要進行電平轉換，可用芯片MAX3232PCE來實現，該芯片所需電壓為5伏，可直接由電腦USB接口供電且只需接少量器件即可實現[3]-。

2軟件設計

(1)選用CC2530芯片具有低功耗的特點，采集到的心電信號通過串口通信，用Labview進行分析。由于Labview具有的高效率的信號處理模塊和友好的可操作界面。如下圖的心電信號采集登錄系統界面。

(2)Labview具有眾多圖形化的通信模塊和信號的采集、分析、處理等方便簡潔?？梢詼p少電路的外圍器件，提高電路的穩(wěn)定性和可靠性，另外labview還具有對采集到的信號進行有效的保存和回放功能，可以方便醫(yī)療人員隨時對心電信號進行查看比對。

3結論

本文主要設計了基于無線網絡的心電監(jiān)測系統。其中硬件部分包括信號采集、濾波、放大、處理、發(fā)設、接收等。通過實驗對系統進行了多次仿真測試、結果表明該心電監(jiān)護系統能夠正確采集、存諸、處理心電信號。使得醫(yī)生能夠實時、準確地了解患者心臟的活動狀況，能夠在突發(fā)時刻采取相應的措施，以減少死亡率。

作者：李偉 楊艷 陳萬 唐松 單位：蚌埠學院機械與電子工程系