基于ARM7的新型嵌入式心电监护仪的研制

　　摘要：本文介绍了一种新型便携式心电监测仪的软硬件设计，基于ARM核的32位低功耗微处理器作为系统控制核心，系统采用源码公开的嵌入式uClinux操作系统，可实现心电信号的实时显示和远程监测，具有轻便节能、功能强大，安全稳定等优点。

　　关键词：心电ECG ARM uClinux 液晶显示屏 TCP/IP协议

　　一、绪论

　　心血管疾病是目前对人类危害最大的一种疾病，而心电图是检查、诊断和预防该类疾病的主要手段和依据。由于传统的基于PC机平台的心电监护仪，价格昂贵，体积庞大，不便于移动且主要集中在大医院，而无法实时监护患者的病情，给医生和病人带来了很大的不便。近年来，随着嵌入式和网络通讯技术的飞速发展，我们研制出一种基于ARM7处理器的新型嵌入式心电监护仪，它采用Samsung公司的一款ARM7TDMI核的RISC的32位高速处理器S3C44B0X,具有成本低、体积小、可靠性高、操作简单等优点，适用于个人、中小医院和社区医疗单位，为家庭保健(HHC)和远程医疗(Telemedicine)等新兴的医疗途径提供良好的帮助与支持。

　　二、系统的工作原理

　　图一 新型嵌入式心电监护仪的系统结构框图

　　心电信号通过专用电极从人的左右臂采集到后，送入信号调理电路，先经过前置放大器初步放大，经高通滤波滤除直流信号及低频基线干扰后，由后级放大器放大，再经滤波器进一步滤除50HZ的工频干扰，经低通滤波器后得到符合要求的心电信号，由模拟信号输入端送入ADC，进行高精度的A/D转换。为了更好的抑制干扰信号和防止导联松动及脱落，我们在电路中还引入了右腿驱动电路和导联脱落检测电路。系统控制核心采用Samsung公司的S3C44BOX,液晶显示屏(LCD)建立良好的人机交互界面，采集到的信号可以通过LCD实时显示和回放，数据通过因特网基于TCP/ IP(传输控制协议、网际协议) 顺序可靠地传输数据到心电监护中心,为医护人员及时准确的诊断提供参考。嵌入式实时操作系统采用现在流行的uClinx,管理协调各模块工作，为系统可靠的运行提供保证。

　　三、系统硬件模块设计

　　3.1、信号调理电路

　　信号调理电路主要包括：放大器、带通滤波器、陷波器等。

　　图二 心电前置放大电路

　　人体心电信号属于强噪声背景下的低频微弱信号，一般只有0.05-5mV,频谱范围为：0.05-100HZ,心电信号正常输出时其幅值约为1mV,而A/D转换器的输入电平要求到达1V左右，即心电放大倍数约为1000倍，由于肌电干扰可能造成前置放大器静态工作点的偏移，甚至截至饱和，所以前置放大器的增益不能太大。我们选用AD620仪表放大器作为系统前置放大器，它具有低噪声、低漂移、高共模抑制比、高输入阻抗等特点。它的增益通过1脚和8脚的电阻Rg来调节，可达1-100倍，计算公式为：G=49.4 /Rg+1。我设计初级放大倍数在七级左右，选用精度为0.01%，阻值为8.25 的精密线绕电阻，后级选用TL064将信号放大到A/D转换器的输入电平要求。

　　图三 心电后级放大及滤波电路

　　为抑制直流漂移和放大器通带外的低频噪声，设计一个RC高通滤波器;因心电信号的频率在100HZ以下，为消除高频信号和50HZ的工频干扰，还设计了低通滤波和带阻滤波器。

　　为防止导联松动和脱落，设计导联检测电路，电极脱落时，比较器的输出电平由正常的高电平变为低电平，产生报警信号，提醒患者检查导联。右腿驱动电路，人体共模电压检测出后，经倒相放大反馈到人的右腿上，而没有直接与放大器的地相联，这样人体的位移电流不流到地，而是流到运放的输出端，对AD620减小了共模电压的拾取。