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最新消息| 大容量動態心電記錄儀的軟硬件設計方案 | 2021-12-15 |
| 文章来源：由「百度新聞」平台非商業用途取用"http://www.eepw.com.cn/article/199793.htm" 由電極從人體表面測得的經放大后顯示的波形稱為心電圖(Electrocardiogram,簡稱ECG)。臨床上,ECG是醫生診斷心臟疾病的主要依據之一。由于一些異常心電信息只有在某些特定情況下才出現,因此對ECG進行長時期的記錄有著極其重要的臨床價值。目前國內的便攜式ECG記錄儀存儲容量偏小[1～2],最多能記錄8小時的心電數據;使用微機控制雖監控和分析性能優良,但其體積大,不適合家庭病人監護和救護車中、偏遠地區以及野戰部隊的危重病人的搶救。因此,開發了低功耗大存儲容量的小型動態心電記錄儀,該記錄儀可完整地記錄下24小時的ECG信息;功耗小,可使用便攜式堿性電池供電,對于中小型醫院、家庭以及在旅途中救護危重病人是有實用價值的。1心電記錄儀主要器件圖1是小型心電記錄儀的基本電路組成框圖,該電路中全部芯片均采用低功耗芯片。1.1低功耗大容量Flash存儲器28F128J3小型心電記錄儀的數據存儲采用Intel公司的28F128J3Flash存儲芯片。該芯片采用O.181mETOXTMVⅡ(J3C)和0.25mETOXTMVI(J3A)每單元存儲兩位的制造技術,使得存儲器的質量和可靠性大大提高,存儲密度更高。芯片采用高密度對稱分塊結構,有128個128K字節塊。允許用戶對任意塊進行字節編程和寫緩沖器字節編程操作,每字節編程時間為210若采用寫緩沖器字節編程方式,32字節編程共需218s,每字節編程時間僅為6.8s。芯片的塊擦除時間為1s,允許在編程或塊擦除操作的同時進行懸掛中斷去進行讀操作,待讀操作完成后,寫入懸掛恢復命令,再繼續編程或塊擦除。芯片的讀操作類似于EEPROM,讀取速度為25ns。芯片使用2.7V～3.6V的電源電壓,最大工作電流為80mA,在休眠模式下電流僅為50A。同時,其功耗非常小。它的存儲容量為128Mb,即16Mbyte,是一種低功耗、高密度、非易失的動態心電數據采集和存儲介質,非常適合作為小型動態心電記錄儀的數據存儲器。本儀器選用四片28F128J3Flash存儲芯片,合計存儲容量為64Mbyte。按每分鐘采樣200次心電信號計算,24小時需存儲的每導ECG數據容量大約為17Mbyte,三導聯ECG數據大約51Mbyte,完全可以滿足要求。在軟件設計上,采用循環記錄的形式,當64Mbyte記錄完畢時,擦除一個扇區,再寫入新的心電數據。所以該儀器記錄的總是最新的24小時的心電數據。1.2低功耗單片機W78LE54W78LE54是Winbond公司推出的一款與MCS-8051全兼容的寬電源電壓范圍(2.4V～5.5V)的低功耗8位單片機。該芯片內含16Kbyte的FlashEPROM,256byte的RAM,4個8位雙向IO口,4位可位尋址的雙向IO口,3個16位定時器計數器,硬件看門狗,1個串行口,8個中斷源。正常工作電流不大于10mA,將單片機設置為低功耗休眠運行模式,則工作電流僅為1.5mA。而MCS-8051單片機的工作電流最大為40mA,休眠工作模式電流為14mA。而且,W78LE54內含程序存儲器,因此讀操作功耗小,不需要采用文獻所述的減小存儲器功耗的方法;同時單片機內含程序存儲器,對電磁干擾的抵抗能力更強。可見,W78LE54單片機的總體功耗遠小于MCS-8051系列單片機。選擇W78LE54作為CPU芯片是基于低功耗設計思路的。1.3低功耗、全自治式單片12位AD轉換器M12L458是美國國家半導體公司于1999年推出的低功耗、寬電壓范圍(3V～5V)的13位(12位+符號位)自治式AD轉換器。該AD轉換器的價格僅為普通12位AD轉換器的兩倍,但綜合性能大大高于普通12位AD轉換器。13位AD轉換器轉換時間為7.7s,最大功耗為15mW,在3.3V電壓下典型工作電流為2.25mA,最大電流為3.5mA,待機電流為1.5A,待機功耗為5W。M12L458是一個全自治式AD轉換器,其內部包含一個指令RAM和一個事件序列發生器,以及一個32字的FIFO數據緩沖器,具有自校正功能。它通過16位或8位總線與微處理器接口,有中斷請求與DMA請求功能。芯片復位后或接收到一個CPU命令時,可以自動完成在線自校正,自校正參數存入自身的校正數據RAM中。AD轉換器轉換的數據先存放在FIFO緩沖器中,最多可存放4組8路數據。當CPU接到中斷或DMA請求時,可以直接讀FIFO數據緩沖器,或通過DMA控制器將數據一次傳入CPU的內存,這樣可大大節省CPU的AD轉換控制開銷。2小型動態心電記錄儀設計構架從圖1可以看出,記錄儀的設計分為模擬心電信號的檢測、放大與濾波、數字心電信號的存儲與處理等部分。即通過導聯輸入心電信號,經放大與濾波、AD轉換后得到數字化的心電信號,送入單片機系統,由軟件完成QRS波檢測、處理以及存儲,最后通過人機接口電路將心電波形顯示在LCD屏幕上,或通過RS232接口送出檢測的波形數據到微機中,供醫生分析診斷。現分別加以介紹。2.1模擬心電信號的檢測放大與濾波將Ag-AgCI電極貼在病人左臂、右臂和大腿上,從體表獲得的心電信號經高精度、低功耗CMOS運放LMC6035構成的前置放大器放大后,構成標準的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ導聯輸入ECG信號由模擬多路開關CD4052進行切換;選中的那一路ECG信號由低功耗儀器放大器AD620放大,經5階全極點無直流誤差的低通濾波器MAX280濾除高頻干擾,再經一個用LMF90芯片設計的50Hz陷波器進一步抑制電源干擾后,加到全自治式AD轉換器M12L458上進行AD轉換,從而得到數字化的心電信號。2.2數字心電信號的存儲與處理本文設計的心電記錄儀的最大特點是超大存儲容量,存儲器由四片閃速存儲芯片28F128J3組成,每片存儲容量為16M字節,4片容量總共為64M字節存儲空間。若以200Hz采樣頻率計算,每導ECG24小時存儲大約17M字節數據,三導聯ECG數據大約為51M字節。為了高保真地記錄心電數據,醫生一般不希望進行數據壓縮,故不采用任何數據壓縮方法,直接記錄原始心電數據。 關鍵字標籤：ekg electrodes |
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