医药学论文：基于无线的心电采集与传送系统设计

【摘要】 利用nRF401无线收发芯片设计一个心电信号的前端采集与传送系统。该系统可以嵌入心电监护系统中，实现信号采集系统与信号处理系统分离，增强设备应用的灵活性。
【关键词】 nRF401；心电采集；无线收发
【Abstract】 In this paper，a data acquisition and wireless transmittal system which is based on nRF401 was designed.The system can be embeded in the ECG Holter system easily，so that data acquisition system can be separated form signal processing system. In this way，we can obtain the more flexible method to use it.
【Key words】 nRF401；data acquisition；wireless transceiver
心血管疾病是威胁人类生命的主要病症之一，由于未能及时发现病变进行早期抢救，许多心脏病患者往往极易死亡。然而，其发病具有很大的偶然性与突发性，一些异常的心电信息只有在某些特殊的情况下才出现。因此，有必要对被监测者在正常生活状态下的ECG进行长时间记录与分析。动态心电监护系统作为一种对心血管疾病进行长期监测小型随身佩戴装置，在临床与健康护理中得到广泛的应用。但随着电子技术、计算机技术的发展，人们对它的功能提出越来越高的要求，如图形显示、网络连接、实时诊断等过去依靠PC机实现的高级功能也成为其必备的基本功能［1］，这将使得装置整体体积变大，且要携带更多的电池供电，从而导致佩戴的用户觉得不便。于是，我们设计一个基于无线传输的心电信号采集模块，将数据采集端与信号处理部分分开。这样，用户只需佩戴采集端即可实现心电信号的长期监测与实时分析，从而增强设备的灵活性，减轻用户携带完整装置给生活带来的不便。
1 系统原理
本系统的硬件结构主要分为三部分：(1)心电采集及放大电路。这一部分包括心电电极、放大电路，完成心电图的采集及放大工作；(2)核心控制及A/D转换电路。这一部分主要由ADμC812单片机构成，实现电路系统控制、信号A/D转换功能；（3）无线发送/接收电路。利用nRF401无线收发芯片构成一个无线发送和接收电路，实现信号的无线发送和接收。下面分别介绍这三部分。
1.1 心电采集及放大电路 电路采用两级放大，后级放大器放大倍数可调，总放大倍数为1000。原理图如图1所示。前置级心电放大电路的性能指标决定了整个放大器的输入特性，因此系统选用AD623芯片，输入阻抗高、共模抑制比高、噪声低、功耗低。后置级放大电路采用功耗极低的ICL7642构成。滤波电路选用ICL7642外接电阻电容构成，高通滤波电路截止频率0.05Hz，用以去除基线漂移；低通滤波电路截止频率100Hz，既抑制高频干扰又满足采样抗混叠的要求。

 

图1 心电采集及放大电路框图

1.2 核心控制及A/D转换电路 核心控制芯片选用美国AD公司出品的ADμC812［2］，该芯片是一款真正意义上的完整数据采集与控制芯片，其内部包含了一个与8051兼容的8位MCU、一个12位A/D转换器，具有多路传输、采样/保持、片内基准电压、自校准等特性，利用其设计信号采集系统时无需外接A/D转换器及采样保持电路。直接利用其P1口（模拟输入口）接放大后的模拟心电信号，就可以实现数据采集与A/D转换功能。另外，ADμC812的MCU内核和模拟转换器二者均有正常、空闲和掉电工作模式，非常适合于低功率应用的灵活电源管理方案。
1.3 无线发送/接收电路 电路设计自始至终都要求体积小、功耗低。但传统的无线传送设计方案不是电路繁琐，就是调试困难，且所需的外围器件比较多，限制了其在本设计中的应用。因此，在电路设计中将采用nRF401无线收发芯片实现信号的无线收发。
nRF401［3］是挪威NORDIC公司推出的一款利用蓝牙核心技术设计的无线收发一体芯片，它内部集成高频接收/发射、PLL合成、FSK调制/解调和双频切换等单元。芯片本身可直接与单片机串口连接，也可经电平转换后于PC机串口连接，而且传输数据时无须进行曼彻斯特编码，大大减少了软件的编写量和产品开发难度。