基于MSP430的便攜式無線心電監(jiān)護儀的設(shè)計

趙新穎

摘要：針對心臟病發(fā)作的突然性和隨機性，為了對心臟病患者的信號進行隨時的監(jiān)護，本文介紹了一種全新的便攜式無線心電監(jiān)護儀，該監(jiān)護儀基于MSP430設(shè)計，攜帶方便，能夠隨時采集和監(jiān)控心臟病患者的心電信號，并進行顯示和報警。

關(guān)鍵詞：MSP430；便攜式；無線電心電監(jiān)護儀；

中圖分類號：TU7文獻標識碼：A文章編號：1674-3520（2014）-06-00266-01心臟病是現(xiàn)代社會的一種高發(fā)疾病，具有突發(fā)性和隨機性，而且死亡率很高，對現(xiàn)代人的生命和健康造成了很大的威脅。現(xiàn)代醫(yī)學發(fā)現(xiàn)，如果能夠監(jiān)測患者在工作、生活等正常條件狀態(tài)的心電信號，就可以獲得其潛在的、初級的心電信息，根據(jù)其心電信息來對患者的早期心臟狀態(tài)進行診斷和治療，降低由于心臟病突發(fā)而造成的后遺癥以及死亡率。

一、傳統(tǒng)的心電監(jiān)護儀

目前市面上常見的心電監(jiān)護儀基本上已經(jīng)可以實現(xiàn)對心臟病患者的心電信號進行監(jiān)測。傳統(tǒng)的心電監(jiān)測儀中包括圖形打印、圖形顯示、實時診斷和網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接等高級功能，能夠監(jiān)測心臟病患者的心電信息。然而，傳統(tǒng)的心電監(jiān)護儀的體積和重量都較大，操作程序較為復(fù)雜，攜帶不便，而且基本上只能對數(shù)據(jù)進行有限傳輸，醫(yī)生與患者之間不能進行便利的溝通。

二、基于MSP430的便攜式無線心電監(jiān)護儀的工作原理

基于MSP430的便攜式無線心電監(jiān)護儀需要使用ECG技術(shù)，ECG作為一種信號，具有周期性微弱、信噪比低的特點。因此，采集ECG信號很容易受到人體和儀器的干擾，并且還會出現(xiàn)工頻干擾。所以穩(wěn)定基線、消除干擾就是ECG特征參數(shù)提取技術(shù)的關(guān)鍵所在。將信號放大后用濾波進行處理，將通帶保證為0.05至100赫茲，并對50赫茲工頻的干擾進行抑制。圖1為便攜式無線心電監(jiān)護儀心電信號采集原理框架。

圖1心電信號采集原理框架

基于MSP430的便攜式無線心電監(jiān)護儀的主要工作原理是從電極中提取ECG，將其傳送至前置放大器，進而以高通濾波將低頻基線干擾和直流信號濾除，再傳導(dǎo)至后級放大鏡。由濾波器對50赫茲的工頻干擾進行濾除，由低通濾波器處理后成為有用的0.05至100赫茲的ECG。最后經(jīng)A/D進行轉(zhuǎn)換后，由單片機進行處理。如果導(dǎo)聯(lián)脫落則單片機會進行自動報警。

基于MSP430的便攜式無線心電監(jiān)護儀具有良好的便攜性，不同環(huán)境下電極和電位的變化會使基線產(chǎn)生波動。因此基于MSP430的便攜式無線心電監(jiān)護儀能夠?qū)Σ∪烁鞣N原因造成的電極脫落和接觸不良進行自檢，并自動提醒病人對電極進行調(diào)整。下圖2為便攜式無線心電監(jiān)護儀系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖。

圖2系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖

三、基于MSP430的便攜式無線心電監(jiān)護儀的硬件結(jié)構(gòu)

基于MSP430的便攜式無線心電監(jiān)護儀主要的硬件結(jié)構(gòu)有鍵盤及LCD顯示模塊、電源模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、藍牙無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、心電信號采集模塊、心電信號放大濾波處理模塊、MSP430F449模塊等等。

心電監(jiān)護儀與人體相連所得到的信號容易受到各種干擾，主要是運動偽跡、肌電噪聲、基線漂移以及50赫茲工頻。因此，由模擬放大電路將心電信號進行放大和濾波之后，由MSP430單片機進行有效的轉(zhuǎn)換，顯示器對采集到的波形進行顯示。ECG檢波對穩(wěn)定后的波形進行分析，得出實時心率，從而分析病人的心率是否失常。對于監(jiān)測到的異常心率，心電監(jiān)護儀會立即進行報警，并使用藍牙無線通信模塊將心率異常的情況傳至電腦或者醫(yī)院的中心監(jiān)測站。

四、基于MSP430的便攜式無線心電監(jiān)護儀的軟件設(shè)計

（一）液晶顯示程序

液晶顯示菜單、心電波形動態(tài)等都要依靠液晶顯示子程序來進行顯示。液晶顯示的控制器包括初始化參數(shù)和清屏。心電監(jiān)護儀的控制器系統(tǒng)沒有漢字庫，漢字以及字符都依靠用戶自行建立點陣子模庫，可以使用逆向取模和縱向取模的方式對字符進行編碼和顯示，最多可以一次顯示32個漢字。A/D轉(zhuǎn)換存儲器所存儲的數(shù)值根據(jù)一定的比例在顯示屏上的相應(yīng)位置進行顯示。

（二）藍牙通信設(shè)備

基于MSP430的便攜式無線心電監(jiān)護儀使用藍牙無線通信設(shè)備實現(xiàn)了無線化，采集到的心電數(shù)據(jù)可以寄存于TXSTA，藍牙無線通信設(shè)備可以將心電數(shù)據(jù)向醫(yī)院中心監(jiān)測站或者家用電腦進行發(fā)送。在基于MSP430的便攜式無線心電監(jiān)護儀系統(tǒng)中，使用USART通信將藍牙模塊和MSP430進行異步模式連接。

（三）信號轉(zhuǎn)化程序

基于MSP430的便攜式無線心電監(jiān)護儀的模數(shù)轉(zhuǎn)化具有極強的精度，具有通用和高速的特點。在實際使用中通過采樣保持寄存器來實現(xiàn)對采樣時間的控制，并進行單通道模式進行信號的多次轉(zhuǎn)化，最后通過對ADC12IFG.0狀態(tài)的檢測來判定轉(zhuǎn)化的完成。轉(zhuǎn)化結(jié)束后，采樣中斷程序中的其他模塊還要對心電數(shù)據(jù)進行進一步的處理。

五、結(jié)語

基于MSP430的便攜式無線心電監(jiān)護儀具有先進的硬件設(shè)備和軟件設(shè)備，能夠有效的對心臟病患者的心電信息進行實時的監(jiān)控，并隨時依靠藍牙系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳送至家用電腦或醫(yī)院中線監(jiān)測站。基于MSP430的便攜式無線心電監(jiān)護儀實現(xiàn)了無線化，極大的提高的心電監(jiān)護儀的便攜性，使用更加簡單便捷，為心臟病的早期診斷提供了依據(jù)，無論是對于醫(yī)患之間的及時交流還是患者自身都有著極大的作用，降低了心臟病帶來的后遺癥和死亡率。

參考文獻：

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