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心电图的采集与存储

时间:2019-02-07 18:13:30 来源:杏耀娱乐注册 作者:匿名



1简介

心电图是通过仪器放松和收缩心脏产生的电效应的放大,以形成波状条纹图案。通过观察心电图,它可用于测量心肌的异常并帮助诊断心脏病。心电图采集和存储系统是可以在较长时间段内收集和记录心电图的系统。我使用高性能AVR微控制器和可重写的低功耗CF卡,点阵LCD显示器和时间芯片设计了ECG采集和存储系统。该系统具有采样率高,存储数据量大,液晶显示,功耗低,记录时间长等优点。

ATMEL生产的8位AVR微控制器AT-MEGA128L [1]具有高性能和低功耗的特点。 MCU具有8个A/D转换通道,128k在线编程闪存(最多可擦除1000次),4个定时/计数器,A/D转换为干扰功能,工作电压2.7~5.5V等。拥有强大的数据处理能力。此外,它具有低功耗,强大的功能和多个在线编程。因此,ATMEGA128L单片机构成低功耗数字智能测控系统,与其他单片机相比具有很大的优势。作者讨论了如何使用ATMEGA128L微控制器的功能来构成ECG采集和记录系统的设计方法。

2系统原理

系统结构和原理框图如图1所示。

在人体ECG信号由仪表放大器,运算放大器和滤波器电路整形后,AVR微控制器通过A/D端口将ECG信号转换为数字信号,然后将其存储在CF卡上。 LCD显示屏由AVR微控制器控制,用于显示功能菜单,ECG波形和系统记录时间。串行实时时钟芯片DS1302为系统提供标准时间。录制完成后,系统软件用于从CF卡读卡器读取CF卡中的数据,在计算机屏幕上显示数据,同时打印输出。

3硬件系统

3.1心电信号处理

首先通过精密仪表放大器INA118的前端的高共模抑制比放大人体的ECG信号,然后通过带通滤波器进行带通滤波(因为人体ECG信号频率通常从几Hz到几赫兹,所以对于那些DC或高频信号应该被滤除,以避免影响心电图的质量)。滤波后的信号也由OP481运算放大器放大,电平升高。 (增加升压电压是因为前端放大器在信号放大后会产生负电压信号,转换电压范围从0V到AD转换期间的参考电压范围,所以偏置电压必须加到使输入信号满足AD转换的要求)。3.2 ATMEGA128L微控制器

此设计使用第5块电池供电。为降低系统功耗,AVR单片机的ATMEGA128L工作电压设为3.3V,工作电压3.3V由MAX1675提供,-3.3V由ICL7660提供,复位信号由MAX708提供。处理后的ECG信号从ATMEGA128L A/D转换器的三个通道输入。 PB.0端口线用于控制黄色LED指示系统工作状态。 PE.0和PE.1端口作为菜单功能按钮连接到两个微动开关SW1和SW2。 PE.5,PE.6和PE.7端口线控制时间芯片DS1302。 PA,PC和PD线用于控制LCD和CF卡。系统使用外部4M晶振产生工作频率,40k晶振产生定时器/计数器的工作频率。

3.3DS1302串行实时时钟芯片

DS1302是美国达拉斯的串行接口实时时钟芯片,可以使用备用电源为时钟芯片供电。由于该芯片具有体积小,功耗低,接口简单,占用CPU的I/O线数低等特点,因此可作为实时时钟使用,广泛应用于智能仪表中。 DS1302使用3线连接到微控制器来访问内部寄存器和RAM。该系统使用3V锂纽扣电池为备用电源供电。初始化过程和连续读写程序在启动时在芯片上执行。初始化过程非常重要,否则DS1302无法启动。

3.4点阵液晶显示器Motorola MC141803AT

该系统采用120×33点阵液晶显示器,其控制器为摩托罗拉MC141803AT再制造。 MC141803AT工作电压2.4~3.5V,工作温度-30~85°C,8位并行接口,具有图形操作模式/16,1/32,1/33显示比例可选,16种对比度可供选择。 MC141803AT与单片机连接,D0~D7为数据/命令双向总线,CS为片选信号,RES为复位信号,D/C为数据/命令选择信号,R/W为读/写命令信号,CE是控制许可信号。3.5CompactFlash记录卡

美国SanDisk公司生产的CompactFlash卡(简称CF卡)具有体积小,重量轻,无噪音,存储容量大,电压低,运行稳定等特点(平均故障间隔时间大于1)百万小时)。 CF卡配有智能控制器。 MCU可以使用此高级接口来控制CF卡的数据块读写操作。每个数据块为512字节,带有纠错码,以确保正确读取和写入数据。 CF卡读写速率为20MBytes/sec,可擦除30万次以上,重量15g,体积36.4mm×42.8mm×3.3mm,50个引脚。使用MCU的PC端口和PD端口连接CF卡地址总线A00~A10,并将CF卡数据总线D00~D07连接到PA端口。 -OE是读控制信号输入,-WE是写控制信号输入,-REG是寄存器选择信号输入,RDY/-BSY是空闲/忙状态信号输出。

4系统软件设计

系统软件由七个模块[2~3]组成。 (1)系统初始化模块完成系统的初始化。 (2)用于数据采集的采样和A/D转换模块。采样间隔由微控制器中的软件定时器确定。 (3)菜单模块完成系统初始化后,显示系统菜单功能。通过检测两个微动开关SW1和SW2的状态来完成每个菜单的显示。 (4)读写DS1302模块完成串行接口实时时钟芯片DS1302的连续读写功能,读取芯片中的时间进入MCU时间寄存器或将系统时间写入MCU时间寄存器中芯片。 (5)液晶显示模块完成液晶的显示功能,并将单片机显示寄存器中的数据发送到液晶显示输出。 (6)CF卡写入模块完成CF卡的闪烁功能。 (7)错误处理模块上述功能出现故障时进入模块。

5结论

采用AVR单片机,DS1302芯片,液晶显示器,CompactFlash卡组成的心电图采集和记录系统具有独特的优势。由于MCU集成了A/D转换器,定时器,128k FLASH程序存储器等设备,测量非常简单,减轻了MCU的负担,节省了系统的硬件开销,以及用户硬件的工作量和软件设计减少了。降低系统成本,提高系统运行效率,增强系统可靠性,灵敏度和准确性。摘录自:中国计量与测量网络

[关键词]心电图,AOC官方网站,北京世纪奥克

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