基于單片機(jī)的心電實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

王景文

【摘要】 心電圖是醫(yī)生對患者進(jìn)行診斷的一種重要依據(jù)，尤其是對于心臟病患者來說，擁有一個(gè)實(shí)時(shí)對心臟的狀況進(jìn)行監(jiān)測的系統(tǒng)更加有助于醫(yī)生對于他們的診治，所以運(yùn)用單片機(jī)這一技術(shù)應(yīng)用在心電實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)中，就可以讓醫(yī)生有效的對其制定治療方案并診斷病情。本文就要對基于單片機(jī)技術(shù)的心電實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究。

【關(guān)鍵詞】 單片機(jī) 心電實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng) 研究與設(shè)計(jì)

前言：心電實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)不僅可以有效的對心臟病患者進(jìn)行診治，還可以在軍校體能訓(xùn)練中對人員進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，所以設(shè)計(jì)一種智能化的心電實(shí)時(shí)監(jiān)控的系統(tǒng)是非常重要的一項(xiàng)工作。單片機(jī)技術(shù)是一種比較新興的科技技術(shù)，由于其科技化的優(yōu)勢已經(jīng)被應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，因此運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)對心電實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)就會(huì)讓整個(gè)系統(tǒng)更加智能化、人性化。

一、心電實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)

在對心電實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的時(shí)候，要注重安全原則、準(zhǔn)確原則、簡易原則、可靠原則、實(shí)時(shí)原則、先進(jìn)性原則等等，還要讓系統(tǒng)具有智能化和操作簡便化的特點(diǎn)。其整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖1所示[1]。

二、心電實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1對電路的設(shè)計(jì)

電路的設(shè)計(jì)首先要進(jìn)行模擬電路的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完成之后就可以采集心電的信號。其中心電電極也叫做導(dǎo)引電極，它一般使用吸附電極、金屬平板電極、浮懸電極和圓盤電極等等。心電導(dǎo)聯(lián)是將心電圖機(jī)的導(dǎo)線連在人體表面的兩個(gè)不同位置上，僅能通過機(jī)器觀察到患者的心電波形。緩沖級電路的設(shè)計(jì)是將輸入阻抗有效提高、輸入噪聲有效降低。其輸入端的電壓跟隨器可以選用LM324芯片，因?yàn)樗哂袃?nèi)外補(bǔ)償?shù)墓δ芎挽o電保護(hù)的功能優(yōu)勢。右腿驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)是要將共模干擾完全消除，所以在設(shè)計(jì)中可以采用反相放大器來對信號進(jìn)行深度反饋，這種設(shè)備可以有效的降低噪音。對前置放大電路進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，先要將前置放大，才能進(jìn)入系統(tǒng)當(dāng)中。在放大器的選擇上，可以使用直流輸入的放大器，這種儀器能夠有效的提高監(jiān)測的準(zhǔn)確性。

2.2數(shù)字部分的設(shè)計(jì)

由于MSP430系列的單片機(jī)具有便攜式與低功耗的優(yōu)勢，所以在硬件設(shè)計(jì)中數(shù)字電路的設(shè)計(jì)可以選用MSP430系列的單片機(jī)。建立通信線路來傳輸數(shù)據(jù)，從而將數(shù)據(jù)通過液晶顯示屏顯示出來，有效的增強(qiáng)了監(jiān)護(hù)的功能，并且還增加了系統(tǒng)的簡便性。單片機(jī)的性能要滿足運(yùn)行快、低功耗的特點(diǎn)，并且還要通過單片機(jī)的中端口對每一個(gè)模塊的功能進(jìn)行控制和中斷。模塊轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)要有效的保障其轉(zhuǎn)換精確度，所以轉(zhuǎn)換器的選擇要在實(shí)際運(yùn)行的范圍之內(nèi)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的電路設(shè)計(jì)要保障對心電信號進(jìn)行長時(shí)間的記錄，所以要使用外部儲(chǔ)存器較大的SD卡。系統(tǒng)中的液晶顯示電路的設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話的功能。

2.3電源變換電路的設(shè)計(jì)

電源變換電路中3V電路電壓的設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足系統(tǒng)的低能耗和電壓穩(wěn)等要求，所以可以在電路的端口處設(shè)置一個(gè)濾波電容來減小干擾。而如果電路電壓為5V的時(shí)候，就要將3V的電路電壓有效轉(zhuǎn)換為5V的電路電壓，在芯片的選擇上要滿足輸出電紋波小、外接電感小等要求。

三、心電實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1心電信號控制和采集程序的設(shè)計(jì)

首先，對中斷系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要有效的管理開發(fā)調(diào)試的環(huán)境，通過調(diào)用實(shí)現(xiàn)中斷的功能。心電信號采集程序的設(shè)計(jì)要使用定時(shí)器將AD進(jìn)行轉(zhuǎn)換，當(dāng)定時(shí)器進(jìn)行中斷的響應(yīng)的時(shí)候，就要采集轉(zhuǎn)換心電數(shù)據(jù)。AD的轉(zhuǎn)換程序的設(shè)計(jì)是要滿足高精度的轉(zhuǎn)換，通過設(shè)置相應(yīng)的轉(zhuǎn)換參數(shù)，實(shí)現(xiàn)單次轉(zhuǎn)換或多次轉(zhuǎn)換。液晶顯示子程序的設(shè)計(jì)是要實(shí)現(xiàn)顯示菜單、控制器、心電波形動(dòng)態(tài)等等系統(tǒng)需求。串口通信子程序的設(shè)計(jì)是要完成數(shù)據(jù)的接收和數(shù)據(jù)的傳輸兩個(gè)功能，系統(tǒng)會(huì)通過串口對其發(fā)出指令，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。

3.2心電信號處理分析程序

QRS波的檢測是心電信號處理的中心環(huán)節(jié)，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要對QRS波群的位置進(jìn)行確定，由于過程中會(huì)出現(xiàn)很多干擾的信號，所以在設(shè)計(jì)中要有效的減少干擾才能準(zhǔn)確的減少噪聲。這一過程主要可以實(shí)行基線漂移的方法進(jìn)行控制，從而讓系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)得更加精確。

結(jié)論：綜上所述，本文對單片機(jī)在心電實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)中的總體設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)與硬件設(shè)計(jì)做出了探究，但是在實(shí)際的應(yīng)用中還有一些問題需要改進(jìn)，對技術(shù)進(jìn)行不斷的完善和優(yōu)化才能讓這一系統(tǒng)更加智能化的輔助治療。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]杜道山，田秀英，李從心.ERP系統(tǒng)中基于單片機(jī)的數(shù)控機(jī)床實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].模具技術(shù)，2003，06：14-16.

[2]王剛.基于單片機(jī)技術(shù)和無線通信技術(shù)的積雪數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].新疆大學(xué)，2013.