一种家用十二导联心电信号无线测量系统的制作方法
【专利摘要】一种家用十二导联心电信号无线测量系统，属于医疗设备【技术领域】，解决了现有十二导联心电图采用有线测量，检测不方便以及测量设备成本高的问题，包括心电信号采集模块，心电信号采集模块与串口转WIFI模块连接，串口转WIFI模块与电脑无线连接。本实用新型实现了十二导联心电信号的家庭无线实时监测，心电图检测方便，并且检测设备成本低。
【专利说明】一种家用十二导联心电信号无线测量系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于医疗设备【技术领域】，特别涉及一种心电信号测量装置。
【背景技术】
[0002]十二导联心电图检测是重要的心脏功能及心脏疾病诊查手段。现有的十二导联心电图采用有线测量，因此造成检测不方便以及测量设备价格的偏高，使得十二导联心电图的测量往往只能在医院里完成。
实用新型内容
[0003]为解决现有十二导联心电图采用有线测量，检测不方便以及测量设备成本高的问题，本实用新型提供一种家用十二导联心电信号无线测量系统，其技术方案如下:
[0004]一种家用十二导联心电信号无线测量系统:
[0005]包括心电信号采集模块，心电信号采集模块与串口转WIFI模块连接，串口转WIFI模块与电脑无线连接。
[0006]作为本实用新型方法的优选方案:
[0007]所述心电信号采集模块包括依次连接的体表电极、心电信号输入电路、差分放大电路、滤波电路、导联选择电路、信号放大电路、模数转换电路、单片计算机和电平转换电路。
[0008]作为本实用新型方法的进一步优选方案:
[0009]所述体表电极包括右脚RF电极、左脚LF电极、左手L电极、右手R电极，以及电极Vl、电极V2、电极V3、电极V4、电极V5和电极V6，其中右脚电极RF接地端；
[0010]所述心电信号输入电路包括四运算放大器LM324，以及阻值均为IOK欧姆的电阻R101、电阻R102、电阻R103、电阻R104、电阻R105、电阻R106、电阻R107、电阻R108和电阻R109,以及威尔逊网络；
[0011]其中威尔逊网络包括由阻值均为30K欧姆的电阻R116、电阻R117和电阻R118构成的星形连接，电阻R116的内端头、电阻R117的内端头和电阻R118的内端头面连接在一起，构成威尔逊网络中心点；电阻R116的外端头和电阻R117的外端头之间依次串接电阻Rl 10和电阻Rl 11，电阻Rl 16的外端头和电阻Rl 18的外端头之间依次串接电阻Rl 15和电阻Rl 14，电阻Rl 17的外端头和电阻Rl 18的外端头之间依次串接电阻Rl 12和电阻Rl 13 ;电阻R110、电阻R111、电阻R112、电阻R113、电阻R114和电阻R115构成三角形连接；电阻R110、电阻R111、电阻R112、电阻R113、电阻R114和电阻R115的阻值均为20K欧姆；
[0012]其中四运算放大器LM324包括第一运算放大器、第三运算放大器和第四运算放大器；四运算放大器LM324的VCC端接+5V电源，四运算放大器LM324的VEE端接-5V电源；左脚LF电极与第四运算放大器的同相输入端连接，第四运算放大器的反相输入端与第四运算放大器的输出端连接，组成左脚LF电压跟随器；左手L电极与第三运算放大器的同相输入端连接，第三运算放大器的反相输入端与第三运算放大器的输出端连接，组成左手L电压跟随器；右手R电极与第一运算放大器的同相输入端连接，第一运算放大器的反相输入端与第一运算放大器的输出端连接，组成右手R电压跟随器；右手R电压跟随器与电阻R118的外端头连接，左脚LF电压跟随器与电阻R116的外端头连接，左手L电压跟随器与电阻Rl 17的外端头连接；
[0013]所述差分放大电路包括十二个数据放大器AD620，分别是U201、U202、U203、U204、U205、U206、U207、U208、U209、U210、U211 和 U212 ;数据放大器 U201 的 5 管脚、数据放大器U202的5管脚、数据放大器U203的5管脚、数据放大器U204的5管脚、数据放大器U205的5管脚、数据放大器U206的5管脚、数据放大器U207的5管脚、数据放大器U208的5管脚、数据放大器U209的5管脚、数据放大器U210的5管脚、数据放大器U211的5管脚和数据放大器U212的5管脚均接地端；
[0014]其中电极Vl经电阻R106后连接到数据放大器U206的同相输入端，电极V2经电阻R105后连接到数据放大器U205的同相输入端，电极V3经电阻R104后连接到数据放大器U204的同相输入端，电极V4经电阻R103后连接到数据放大器U203的同相输入端，电极V5经电阻R102后连接到数据放大器U202的同相输入端，电极V6经电阻RlOl后连接到数据放大器U201的同相输入端；数据放大器U201的反相输入端、数据放大器U202的反相输入端、数据放大器U203的反相输入端、数据放大器U204的反相输入端、数据放大器U205的反相输入端和数据放大器U206的反相输入端均连接到威尔逊网络中心点；
[0015]其中数据放大器U207的同相输入端经电阻R107后连接左脚LF电压跟随器，数据放大器U207的反相输入端经电阻R108后连接左手L电压跟随器；数据放大器U208的同相输入端经电阻R109后连接右手R电压跟随器，数据放大器U208的反相输入端与电阻RllO和电阻Rlll之间的威尔逊零电位点连接；数据放大器U209的同相输入端经电阻R107后连接左脚LF电压跟随器，数据放大器U209的反相输入端经电阻R109后连接右手R电压跟随器；数据放大器U210的同相输入端经电阻R107后连接左脚LF电压跟随器，数据放大器U210的反相输入端与电阻Rl 12和电阻Rl 13之间的威尔逊零电位点连接；数据放大器U211的同相输入端经电阻R108后连接左手L电压跟随器，数据放大器U211的反相输入端经电阻R109后连接右手R电压跟随器；数据放大器U212的同相输入端经电阻R108后连接左手L电压跟随器，数据放大器U212的反相输入端与电阻R114和电阻R115之间的威尔逊零电位点连接；
[0016]所述滤波电路包括十二个带通滤波器，每个带通滤波器包括一个与数据放大器的输出端连接的截止频率为0.16Hz的一阶RC高通滤波器，一阶RC高通滤波器的输出端与一个截止频率为106Hz的一阶RC低通滤波器连接；
[0017]所述导联选择电路包括模拟电子开关U301、模拟电子开关U302，以及由三极管T301、电阻R301和电阻R302构成的反相器；模拟电子开关U301和模拟电子开关U302均为多路选择开关KCF4051BE ;三极管T301为三极管C1815 ;模拟电子开关U301的VDD端接+5V电源；模拟电子开关U302的VDD端接+5V电源；模拟电子开关U301的VSS端接地端；模拟电子开关U301的VEE端接-5V电源；模拟电子开关U302的VSS端接地端；模拟电子开关U302的VEE端接-5V电源；其中电阻R301的阻值为22K欧姆，电阻R302的阻值为IM欧姆，电阻R301的内端头与三极管T301的集电极连接，电阻R301的外端头接+5V电源；电阻R302的内端头与三极管T301的基极连接；三极管T301的集电极连接模拟电子开关U301的片选端INH，三极管T301的发射极接地端；
[0018]其中数据放大器U201的输出端经由一个所述带通滤波器后，输出信号V6连接到模拟电子开关U301的X3端；数据放大器U202的输出端经由一个所述带通滤波器后，输出信号V5连接到模拟电子开关U301的X2端；数据放大器U203的输出端经由一个所述带通滤波器后，输出信号V4连接到模拟电子开关U301的Xl端；数据放大器U204的输出端经由一个所述带通滤波器后，输出信号V3连接到模拟电子开关U301的XO端；数据放大器U205的输出端经由一个所述带通滤波器后，输出信号V2连接到模拟电子开关U302的X7端；数据放大器U206的输出端经由一个所述带通滤波器后，输出信号Vl连接到模拟电子开关U302的X6端；数据放大器U207的输出端经由一个所述带通滤波器后，输出信号III连接到模拟电子开关U302的X2端；数据放大器U208的输出端经由一个所述带通滤波器后，输出信号aVR连接到模拟电子开关U302的X3端；数据放大器U209的输出端经由一个所述带通滤波器后，输出信号II连接到模拟电子开关U302的Xl端；数据放大器U210的输出端经由一个所述带通滤波器后，输出信号aVF连接到模拟电子开关U302的X5端；数据放大器U211的输出端经由一个所述带通滤波器后，输出信号I连接到模拟电子开关U302的XO端；数据放大器U212的输出端经由一个所述带通滤波器后，输出信号aVL连接到模拟电子开关U302的X 4端；
[0019]其中模拟电子开关U301的A端、模拟电子开关U302的A端均连接到单位片机AT89C2051的Pl.0端；所述模拟电子开关U301的B端、模拟电子开关U302的B端均连接到单位片机AT89C2051的Pl.1端；所述模拟电子开关U301的C端、模拟电子开关U302的C端均连接到单位片机AT89C2051的Pl.2端；电阻R302的外端头连接模拟电子开关U302的片选端INH、单位片机AT89C2051的Pl.3端；
[0020]所述信号放大电路包括数据放大器U303，数据放大器U303为数据放大器AD620 ；数据放大器U303的I管脚和8管脚之间连接阻值为IK欧姆的电位器R303 ;数据放大器U303的同相输入端连接模拟电子开关U301的输出端X、模拟电子开关U302的输出端X，数据放大器U303的反相输入端接地端，数据放大器U303的输出端接到A/D转换器TLC2543的输入端AINO ;数据放大器U303的7管脚接+5V电源，数据放大器U303的4管脚接-5V电源；数据放大器U303的5管脚接二极管D301的正极，二极管D301的负极接二极管D302的正极，二极管D302的负极接二极管D303的正极，二极管D303的负极接二极管D304的正极，二极管D304的负极接地端；数据放大器U303的5管脚接阻值为22K欧姆的电阻R304，电阻R304的另一端接+5V电源；数据放大器U303的输出端接二极管D305的负极，二极管D305的正极接地端；
[0021]所述模数转换电路包括串行A/D转换器TLC2543，A/D转换器TLC2543的AINl端、AIN2 端、AIN3 端、AIN4 端、AIN5 端、AIN6 端、AIN7 端、AIN8 端、AIN9 端、AINlO 端、负参考电压端REF-和GND端均接地端；A/D转换器TLC2543的VDD端接+5V电源；A/D转换器TLC2543的同步时钟端SCLK连接到所述单位片机AT89C2051的Pl.4端，A/D转换器TLC2543的串行数据输入端DIN连接到所述单位片机AT89C2051的Pl.5端，A/D转换器TLC2543的串行数据输出端DOUT连接到所述单位片机AT89C2051的Pl.6端，A/D转换器TLC2543的片选端CS连接到所述单位片机AT89C2051的Pl.7 ;阻值为IK欧姆的电阻R401的一端接+5V电源，电阻R401的另一端接A/D转换器TLC2543的正参考电压端REF+ ；A/D转换器TLC2543的正参考电压端REF+与地端之间依次串接阻值为5K欧姆的滑动电阻R402和阻值为4.7K欧姆的电阻R403，稳压管TL431的3管脚连接正参考电压端REF+，稳压管TL431的I管脚连接在滑动电阻R402和电阻R403之间，稳压管TL431的2管脚接地端；
[0022]所述单片计算机包括所述单位片机AT89C2051，单位片机AT89C2051上设置有复位电路，所述复位电路包括连接在单位片机AT89C2051的VCC端和RST端之间的电容C401，复位键K401的一端连接单位片机AT89C2051的VCC端，复位键K401的另一端连接电阻R404，电阻R404的另一端连接单位片机AT89C2051的RST端，电阻R405的一端连接单位片机AT89C2051的RST端，电阻R405的另一端接地端；单位片机AT89C2051上设置有振荡电路，所述振荡电路包括连接在单位片机AT89C2051的XTL2端和XTLl端之间的晶振X401，晶振X401的频率为11.0592MHz, XTL2端和XTLl端之间还依次串接有电容C402和电容C403，电容C402、电容C403之间接地端；单位片机AT89C2051的Pl.1端连接上拉电阻R406，上拉电阻R406的另一端接+5V电源；单位片机AT89C2051的Pl.0端连接上拉电阻R407，上拉电阻R407的另一端接+5V电源；单位片机AT89C2051的GND端接地端；
[0023]所述电平转换电路包括电平转换电路和RS232C接口，电平转换电路包括电平转换芯片MAX232，以及容值均为I微法的电容C404、电容C405、电容C406和电容C407 ;电容C404的一端接+5V电源，电容C404的另一端接电平转换芯片MAX232的2引脚；电平转换芯片MAX232的I引脚和3引脚之间连接电容C405 ;电平转换芯片MAX232的4引脚和5引脚之间连接电容C406 ;电平转换芯片MAX232的6引脚和8引脚之间连接电容C407 ;电平转换芯片MAX232的8引脚、10引脚接地端；电平转换芯片MAX232的11引脚连接所述单位片机AT89C2051的TXD端，电平转换芯片MAX232的14引脚连接所述RS232C接口的RXD端；所述RS232C接口的TXD端连接电平转换芯片MAX232的13引脚，电平转换芯片MAX232的12引脚连接所述单位片机AT89C2051的RXD端；电平转换芯片MAX232的16引脚接+5V电源；所述RS232C接口的GND端接地端。
[0024]作为本实用新型方法的进一步优选方案:
[0025]所述串口转WIFI模块为济南有人物联网技术有限公司生产的USR-WIFI232-2模块；
[0026]所述USR-WIFI232-2模块与所述心电信号采集模块的RS232C接口连接。
[0027]本实用新型充分利用家用电脑资源，配以一个低成本的“十二导联心电信号检测-串口转WIFI”模块，实现了十二导联心电信号的家庭无线实时监测。使十二导联心电图检测方便，并且检测设备成本低。
[0028]本实用新型系统工作过程如下:
[0029]1.让被测试者按照十二导联心电图测量常规方法连接好心电图测量电极；
[0030]2.打开测试模块(十二导联心电信号检测-串口转WIFI模块)的电源(±5V)开关;
[0031]3.打开笔记本电脑或带无线网卡的台式机；
[0032]4.启动 LABWIEW 应用程序——“ECG-12-ZL” ；
[0033]5.用鼠标点击“运行”按扭进行连续6秒钟的心电图测量；
[0034]6.用鼠标点击“连续运行”按扭以6秒钟为周期连续进行心电图测量。
[0035]本实用新型具体的技术效果如下:[0036]1.利用通用型运算放大器组成电压跟随器作为左脚LF、左手L、右手R导联的缓冲级，大大降低了三导联的输出电阻，使其能很好地驱动威尔逊网络，提高了单极胸导联心电信号测量的准确性。
[0037]2.利用通用型数据放大器AD620对各导联信号进行差分放大，以简化电路，降低成本。
[0038]3.利用一阶RC无源带通滤波器对差分放大后的各导联信号进行隔直滤波和抗混叠滤波，在保证心电信号能被正确采样的前提下降低了电路的复杂性(更精细的滤波留给更经济的数字滤波器完成)。
[0039]4.利用模拟电子开关在单片机的控制下依次对各导联信号进行选通，在满足各导联信号测量同步性要求(实测:相邻导联时延0.26ms，导联间最大时延3.21ms，远小于QRS波群持续时间60ms，同时还可通过软件调整以显示完全同步的十二导联心电图)的前提下简化了电路设计。
[0040]5.利用一片通用型数据放大器对选中导联信号进行适度放大(放大倍数调整为+200~+500倍之间)，这样既保证了测量精度，又简化了电路。
[0041]6.在单片计算机的控制下进行可控数据采集:①等待来自串口的命令根据串口命令决定是否进行数据采集及连续采集多少数据。
[0042]7.连续数据采集:在单片机的控制下选中一个导联，对选中导联进行A/D转换，并将转换结果通过RS232C串口发送出去；选中下一导联并对其进行A/D转换和串口数据发送；……；以十二导联为周期重复以上过程，直到完成要求的数据采集量。
[0043]8.采用串口转WIFI模块将来自RS232C串口的心电信号通过WIFI无线网络发送出去，同时通过WIFI·无线网络接收来自PC机或笔记本电脑的采集方式命令。此方式使得任何笔记本电脑或带无线网卡的台式机都可作为心电信号接收处理的主机(条件是知晓串口转WIFI模块的网络号及接入密码)，这就充分利用了电脑的现有资源，大大降低了心电图无线测量的成本。
[0044]9.在笔记本电脑或台式机上以NI公司开发的LABVIEW为虚拟仪器平台，利用其强大的数字信号处理功能，对采集到的心电信号进行多分辨率分析:将心电信号分解到不同的频率空间，然后选取富含心电信号特征的频率成分重建心电信号，从而很好地滤除高、低频杂波干扰，并且完美解决心电信号基线漂移的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0045]图1为本实用新型系统中的心电信号采集模块的电路图；
[0046]图2为本实用新型系统中的电脑中的LABVIEW应用程序的框图程序；
[0047]图3为本实用新型各导联信号小波滤波界面的示意图；
[0048]图4为本实用新型系统中的电脑中的LabVIEW前面板，即实测心电图。
【具体实施方式】
[0049]利用如图1所示的心电信号采集模块，以及串口转WIFI模块和家用电脑(笔记本电脑)组建家用十二导联心电图无线测量系统，其电路组成具体如下:
[0050]1.心电信号采集模块[0051]1.1硬件电路组成
[0052]1.1.1心电信号输入部分
[0053]心电信号输入部分由LM324及RlOl~Rl 18组成。
[0054]心电信号来自体表。通过左脚1^、左手1^、右手1?及￥1、￥2、￥3、￥4、￥5、￥6共九个体表电极获得心电信号，右脚电极RF与整个采集模块的地端相连。
[0055]Vl~V6六个电极信号分别经由R106~RlOl六个IOK电阻连接到差分放大部分。
[0056]左脚LF、左手L和右手R三个电极信号分别连接LM324的三个运算放大器同相输入端；各运算放大器的反相输入端分别连接到自己的输出端，组成电压跟随器；来自电压跟随器的左脚LF、左手L和右手R信号分别连接到威尔逊网络及差分放大部分；电阻RllO~R118组成威尔逊网络为单极胸导联及单极肢体导联提供零电位点；威尔逊网络的各个零电位点分别连接到差分放大部分。
[0057]LM324采用±5V双电源供电。
[0058]1.1.2差分放大部分
[0059]差分放大部分由数据放大器U201~U212组成。
[0060]Vl~V6六个电极信号分别经由R106~RlOl六个IOK电阻连接到数据放大器U206~U201的同相输入端，U206~U201的反相输入端均连接到威尔逊网络中心点；U207~U212的同相输入端分别连接左脚LF电压跟随信号、右手R电压跟随信号、左脚LF电压跟随信号、左脚LF电压跟随信号、左手L电压跟随信号、左手L电压跟随信号，U207~U212的反相输入端分别连接左手L电压跟随信号、威尔逊零电位点、右手R电压跟随信号、威尔逊零电位点、右手R电压·跟随信号、威尔逊零电位点；数据放大器U201~U212的输出端分别输出V6~V1、II1、aVR、I1、aVF、1、aVL各导联的差分放大信号，放大倍数为+1 ；U201~U212采用通用数据放大器AD620，±5V双电源供电。
[0061]1.1.3滤波部分
[0062]滤波部分由C201~C224、R201~R224组成。
[0063]C201~C212、R201~R212组成十二个一阶RC高通滤波器，截止频率均为0.16Hz ；C213~C224、R213~R224组成十二个一阶RC低通滤波器，截止频率均为106Hz ;高、低通滤波器共同组成十二个带通滤波器，通带频率为0.16Hz~106Hz。
[0064]1.1.4导联选择部分
[0065]导联选择部分由模拟电子开关U301、U302、三极管T301、电阻R301、R302组成。
[0066]模拟电子开关U301、U302采用8选I多路选择开关KCF4051BE，用以对各导联进行选择，两片电子模拟开关的片选由三极管C1815组成的反相器实现，反相器的输入电阻采用IM大电阻，目的是降低单片机AT89C2051控制端Pl.3的控制电流。
[0067]来自滤波器的导联信号1、I1、II1、aVR、aVL、aVF、V1、V2分别连接到U302的输入选择端XO~X7，V3~V6分别连接到U301的输入选择端XO~X3 ;多路选择开关KCF4051BE (U301、U302)采用±5V双电源供电，片选端INH低电平有效，片选信号来自单片机AT89C2051的控制端Pl.3 ;U301、U302的A、B、C端分别接到单位片机AT89C2051的Pl.0,PL UPl.2端，Pl.3与U302的片选端INH相连，并经R30UT30UR302组成的反相器后与U301的片选端INH相连。
[0068]1.1.5信号放大部分[0069]信号放大部分由数据放大器U303、电位器R303、电阻R304、二极管D301?D305组成。
[0070]U303采用数据放大器AD620，调节电位器R303可得到所需放大倍数(4 = I+ iMi1实际采用值为Au = +500) ；U303的同相输入端接U301及U302的输出端X，反相输入端接地端，输出端接到A/D转换器TLC2543的输入端AINO ;AD620采用±5V双电源供电；电阻R304、二极管D301?D304组成+2.4V钳位电路，目的是使输出的心电信号为正电压，以满足A/D转换器TLC2543的输入要求；二极管D305是A/D转换器TLC2543的输入端保护二极管，确保TLC2543的输入端电压在-0.6V以上。
[0071]1.1.6A/D 转换部分
[0072]A/D 转换部分由 U401、U402、R401 ?403 组成。
[0073]A/D转换采用串行A/D转换器TLC2543 (U401 )，各导联心电信号均从AINO端输入，AINl?AINlO及负参考电压端REF-接地，稳压管TL431 (U402)和电阻R401?403组成稳压电路为正参考电压端REF+提供+4.0OV标准电压；TLC2543的同步时钟端SCLK、串行数据输入端DIN、串行数据输出端D0UT、片选端CS分别与单片机AT89C2051的Pl.4,Pl.5、Pl.6、Pl.7相连；TLC2543的工作电压为+5V。
[0074]1.1.7单片计算机部分
[0075]单片计算机部分由单片机AT89C205KU403)、晶振X401、复位键K401、电阻R404?R407、电容C401?C403组成。
[0076]单片计算机采用ATMEL公司生产的高性价比单位片机AT89C2051 (U403) ;K401、C401、R404、R405组成单片机复位电路；X401、C402、C403组成单片机振荡电路，晶振Χ401的频率为11.0592MHz，采用此频率晶振是为了得到更精确的串口通信波特率；电阻R406、R407分别为单片机I/O 口 Pl.1、Pl.0的上拉电阻。
[0077]1.1.8电平转换部分
[0078]电平转换部分由电平转换芯片U404、电容C404?C407及RS232C接口(U405)组成。
[0079]电平转换芯片采用MAX232，它与电容C404?C407构成电平转换电路，负责单片机TTL电平与RS232C接口 EIA (美国电子工业联合会)电平间的双向转换。
[0080]1.1.9电源部分
[0081]电源采用±5V双电源(实际采用8节1.2V充电电池组成±4.8V双电源)对模块供电。
[0082]1.2单片机系统工作方式
[0083]1.2.1心电信号导联选择控制
[0084]单片机AT89C2051的Pl 口作为普通I/O 口使用。当Pl.3P1.2P1.1P1.0输出为0000?0111时分别选中U302的输入端XO?X7,即分别选中1、I1、II1、aVR、aVL、aVF、V1、V2各导联；当P1.3P1.2P1.1P1.0输出为1000?1011时分别选中U301的输入端XO?X3,即分别选中V3?V6各导联；所以当P1.3P1.2P1.1P1.0输出为0000?1011时分别选中1、I1、II1、aVR、aVL、aVF、Vl?V6各导联信号，只有被选中的导联信号才能进入放大电路及A/D转换电路。
[0085]1.2.2A/D 转换控制[0086]在单片机AT89C2051的控制下，首先使Pl.4 (即SCLK端)为低电平，再使Pl.7 (SPCS端)为低电平，此时由DOUT端向Pl.6输出一位A/D转换结果(实际设置:8位无符号数，高位在前);保持Pl.7为低电平，使Pl.4 (即SCLK端)为高电平，此时TLC2543从DIN端读入一位命令字(高位在前);保持Pl.7为低电平，使Pl.4 (即SCLK端)为低电平，此时TLC2543从DOUT端输出一位A/D转换结果；这样，在保持Pl.7为低电平的情况下，通过Pl.4端电平的高低变化，TLC2543就依次从高位到低位读入命令字和输出A/D转换结果，直到8位命令字和8位A/D转换结果读入和输出完毕。
[0087]1.2.3数据通信控制
[0088]在单片机AT89C2051的控制下，每读取完一个8位的A/D转换结果，就将该转换结果(一个字节)经MAX232发送到RS232C串行通信接口 ；单片机在中断服务程序中接收来自RS232C的命令字，用以确定是否开始采集及开始采集后连续采集的字节数(连续采集的字节数决定了采集持续的时间，在持续采集时间内不响应来自RS232C的新命令)。
[0089]1.2.4单片机工作模式
[0090]串口通信波特率为57600bps ;采样数据为8位二进制数(12字节/样品)；单片机在中断服务程序中自RS232C接口接收到命令字#01H~#0FFH时，单片机分别连续采集并向RS232C接口传送I X 12 X 960~255 X 12 X 960个采样数据；采集流程:采集I字节_>传送I字节_>采集I字节_>传送I字节…;由于A/D转换器TLC2543的工作模式是“输出上一导联A/D转换数据-读入下一导联命令字-本导联A/D转换”三项工作同步进行，所以单片机每次采集并输出的数据是以“V6、1、I1、II1、aVR、aVL、aVF、V1、V2、V3、V4、V5”各导联
为周期依次排列的一维数组，即数组元素Array [O]、Array [12]、Array [24]、......是V6导
联的信号数据，数组元素Array[l]、Array[13]、Array[25]、……是I导联的信号数据，数·组元素Array [2]、Array [14]、Array [26]、......是II导联的信号数据，......；单片机接收
到命令字#00H时，单片机维持等待命令的状态，单片机开机或复位后也处于等待命令的状态。
[0091]1.2.5采样率测试
[0092]单字节采样周期估算:由串口通信波特率57600bps可知串口单字节传送时间为139 μ S，串行A/D转换器TLC2543单字节转换所需时间约为88 μ S，所以单字节采样周期约为227μ s ;由于在采样过程中除了以上必须时间外，还有一些判断、置数等过程需要一定的时间，所以实际的采样周期会比估计值稍大。
[0093]单字节采样周期测试:通过参数设置让单片机连续采集并向RS232C接口传送255X 12X960个采样数据，用秒表记录完成这些数据采集所需时间，从而计算出平均每个字节采集所需时间(实测值为260.0μ s/Byte);当向单片机发送命令字#02H时，采样时间为5.99秒(约十分之一分钟)。
[0094]2.串口转 WIFI 模块
[0095]串口转WIFI模块采用济南有人物联网技术有限公司生产的产品，型号为USR-WIFI232-2，采用4节1.2V充电电池(+5V)供电。串口转WIFI模块通过RS232C串行接口与心电信号采集模块相连，其功能是:建立WIFI无线网络；通过串口接收心电信号采集模块发来的数据，并将数据通过WIFI无线网络通信方式发送出去；通过WIFI无线网络接收来自PC机(或笔记本电脑)的数据并将其传送给心电信号采集模块。[0096]2.1建立网络连接
[0097]2.1.1在台式机上插上USB网卡后并安装网卡驱动(如果是笔记本电脑，则不需要USB网卡，使用其内置无线网卡即可)，安装完成后会在右下方任务栏内出现一个WIFI网络图标。
[0098]2.1.2 对 USR-WIFI232-2 模块供电，待 USR-WIFI232-2 模块“Ready” 指示灯亮后右键单击电脑右下角的WIFI网络图标，单击“查看可用的无线网络”，对话框中名为“HF-Allx_AP”的网络即是USR-WIFI232-2模块的默认网络名称(SSID)。选择该网络并点击“连接”即可建立USR-WIFI232-2模块与电脑之间(通过无线网卡)的无线网络连接(连接成功后USR-WIFI232-2模块“Link”指示灯亮)。
[0099]2.2创建虚拟串口
[0100]2.2.1安装随USR-WIFI232-2模块提供的虚拟串口管理软件“COM-Redirector”，启动软件建立名为“COM2”的虚拟串口。
[0101]2.2.2 虚拟串 口 设置:“Connector-COM2 ；Baud Rate-57600 ；Parity-
None ；Data Bits-8 ；Stop Bits-1 ；Flow Control-None ； VlCreat Virtual COM
port ；Θ PC act as TCP Client ；Remote Host IP Address-10.10.100.254 ；Remote
Port-8899”。
[0102]2.2.3单击“Activate”按钮运行虚拟串口，电脑就可以利用虚拟串口 “COM2”，通过WIFI无线网络与心电信号采集模块进行串口通信了。
[0103]2.3无线测量距离扩增
[0104]WIFI转串口模块与电脑之间的有效无线作用距离是楼内50米左右，室外空旷地300米左右。如果增加串口转WIFI模块作为无线中转模块(无线接入点AP)，可使测量距离成倍增加。
[0105]3.PC机(或笔记本电脑)
[0106]3.1心电信号接收
[0107]PC机基于NI公司的LabVIEW虚拟仪器开发平台，通过“VISA Configure SerialPort'“buffer size，，、“VISA Write，，、“ VISA Read，，、“ String To Byte Array”等节点完成心电信号的接收存储及向单片机发送命令的工作。各节点的主要参数设置如下resourcename——C0M2(与虚拟串口号一致)，baud rate——57600(与单片机串口通信波特率一致)，“buffer size”——2937600 (可连续采集的最大数据量)，“VISA Write”——#02H (向单片机发送的命令字，意思是“连续采集23040个数据”或“连续采集5.99秒钟”)，“bytes toread”——23040 (5.99秒时间连续采集的数据量)。“VISA Read”的输出连接到“StringTo Byte Array”节点，目的是将“VISA Read”节点输出的字符串转化为字节数组，该字节数组存放于名为“Array”的一维数组中。
[0108]3.2各导联心电信号分离
[0109]采用数组查询的方式从信号数组中分别取出各导联信号数据:取出数组元素
Array [I]、Array [13]、Array [25]、......即是I导联的信号数据；取出数组元素Array [2]、
Array [14]、Array [26]、......是II导联的信号数据；......；取出数组元素Array [12]、
Array [24] > Array [36]、......即是V6导联的信号数据。[0110]3.3心电信号处理
[0111]对各导联信号数据进行多分辨率分析(小波分析)处理:采用db4小波；分解级数为11级；利用D4、D5、D6、D7四个集中了心电信号主要成分的频带重构心电信号，从而达到滤除闻、低频干扰和抑制基线漂移的目的。
[0112]3.3十二导联心电图显示
[0113]在电脑屏幕(虚拟仪器前面板)上从上至下依次显示1、I1、II1、aVR、aVL、aVF、Vl、V2、V3、V4、V5、V6各导联心电信号曲线(心电图):V1导联在屏幕水平中央显示；Ι、ΙΙ、ΠΙ、aVR、aVL、aVF各导联信号分别上移6、5、4、3、2、I个单位；V2、V3、V4、V5、V6各导联信号分别下移1、2、3、4、5个单位。这样各导联信号(曲线)就由上到下均匀地显示在电脑屏幕(前面板)中。同时加入一个“获取日期/时间”节点，在心电图的左下方显示心电信号开始测量的时间。
【权利要求】
1.一种家用十二导联心电信号无线测量系统，其特征在于: 包括心电信号采集模块，心电信号采集模块与串口转WIFI模块连接，串口转WIFI模块与电脑无线连接。
2.根据权利要求1所述的一种家用十二导联心电信号无线测量系统，其特征在于: 所述心电信号采集模块包括依次连接的体表电极、心电信号输入电路、差分放大电路、 滤波电路、导联选择电路、信号放大电路、模数转换电路、单片计算机和电平转换电路。
3.根据权利要求2所述的一种家用十二导联心电信号无线测量系统，其特征在于: 所述体表电极包括右脚RF电极、左脚LF电极、左手L电极、右手R电极，以及电极V1、电极V2、电极V3、电极V4、电极V5和电极V6，其中右脚电极RF接地端； 所述心电信号输入电路包括四运算放大器LM324，以及阻值均为IOK欧姆的电阻R101、电阻R102、电阻R103、电阻R104、电阻R105、电阻R106、电阻R107、电阻R108和电阻R109,以及威尔逊网络； 其中威尔逊网络包括由阻值均为30K欧姆的电阻R116、电阻R117和电阻R118构成的星形连接，电阻Rl 16的内端头、电阻Rl 17的内端头和电阻Rl 18的内端头面连接在一起，构成威尔逊网络中心点；电阻R116的外端头和电阻R117的外端头之间依次串接电阻RllO和电阻R111，电阻Rl 16的外端头和电阻Rl 18的外端头之间依次串接电阻Rl 15和电阻Rl 14，电阻Rl 17的外端头和电阻Rl 18的外端头之间依次串接电阻Rl 12和电阻Rl 13 ;电阻Rl 10、电阻R111、电阻Rl 12、电阻Rl 13、电阻Rl 14和电阻Rl 15构成三角形连接；电阻Rl 10、电阻R111、电阻R112、电阻R113、电阻R114和电阻R115的阻值均为20K欧姆； 其中四运算放大器LM324包括第一运算放大器、第三运算放大器和第四运算放大器；四运算放大器LM324的VCC端接+5V电源，四运算放大器LM324的VEE端接-5V电源；左脚LF电极与第四运算放大器的同相输入端连接，第四运算放大器的反相输入端与第四运算放大器的输出端连接，组成左脚LF电压跟随器；左手L电极与第三运算放大器的同相输入端连接，第三运算放大器的反相输入端与第三运算放大器的输出端连接，组成左手L电压跟随器；右手R电极与第一运算放大器的同相输入端连接，第一运算放大器的反相输入端与第一运算放大器的输出端连接，组成右手R电压跟随器；右手R电压跟随器与电阻R118的外端头连接，左脚LF电压跟随器与电阻Rl 16的外端头连接，左手L电压跟随器与电阻Rl 17的外端头连接； 所述差分放大电路包括十二个数据放大器AD620，分别是U201、U202、U203、U204、U205、U206、U207、U208、U209、U210、U211 和 U212 ;数据放大器 U201 的 5 管脚、数据放大器U202的5管脚、数据放大器U203的5管脚、数据放大器U204的5管脚、数据放大器U205的5管脚、数据放大器U206的5管脚、数据放大器U207的5管脚、数据放大器U208的5管脚、数据放大器U209的5管脚、数据放大器U210的5管脚、数据放大器U211的5管脚和数据放大器U212的5管脚均接地端； 其中电极Vl经电阻R106后连接到数据放大器U206的同相输入端，电极V2经电阻R105后连接到数据放大器U205的同相输入端，电极V3经电阻R104后连接到数据放大器U204的同相输入端，电极V4经电阻R103后连接到数据放大器U203的同相输入端，电极V5经电阻R102后连接到数据放大器U202的同相输入端，电极V6经电阻RlOl后连接到数据放大器U201的同相输入端；数据放大器U201的反相输入端、数据放大器U202的反相输入端、数据放大器U203的反相输入端、数据放大器U204的反相输入端、数据放大器U205的反相输入端和数据放大器U206的反相输入端均连接到威尔逊网络中心点； 其中数据放大器U207的同相输入端经电阻R107后连接左脚LF电压跟随器，数据放大器U207的反相输入端经电阻R108后连接左手L电压跟随器；数据放大器U208的同相输入端经电阻R109后连接右手R电压跟随器，数据放大器U208的反相输入端与电阻RllO和电阻Rlll之间的威尔逊零电位点连接；数据放大器U209的同相输入端经电阻R107后连接左脚LF电压跟随器，数据放大器U209的反相输入端经电阻R109后连接右手R电压跟随器；数据放大器U210的同相输入端经电阻R107后连接左脚LF电压跟随器，数据放大器U210的反相输入端与电阻R112和电阻R113之间的威尔逊零电位点连接；数据放大器U211的同相输入端经电阻R108后连接左手L电压跟随器，数据放大器U211的反相输入端经电阻R109后连接右手R电压跟随器；数据放大器U212的同相输入端经电阻R108后连接左手L电压跟随器，数据放大器U212的反相输入端与电阻R114和电阻R115之间的威尔逊零电位点连接; 所述滤波电路包括十二个带通滤波器，每个带通滤波器包括一个与数据放大器的输出端连接的截止频率为0.16Hz的一阶RC高通滤波器，一阶RC高通滤波器的输出端与一个截止频率为106Hz的一阶RC低通滤波器连接； 所述导联选择电路包括模拟电子开关U301、模拟电子开关U302，以及由三极管T301、电阻R301和电阻R302构成的反相器；模拟电子开关U301和模拟电子开关U302均为多路选择开关KCF4051BE ;三极管T301为三极管C1815 ;模拟电子开关U301的VDD端接+5V电源；模拟电子开关U302的VDD端接+5V电源；模拟电子开关U301的VSS端接地端；模拟电子开关U301的VEE端接-5V电源；模拟电子开关U302的VSS端接地端；模拟电子开关U302的VEE端接-5V电源；其中电阻R301的阻值为22K欧姆，电阻R302的阻值为IM欧姆，电阻R301的内端头与三极管T301的集电极连接，电阻R301的外端头接+5V电源；电阻R302的内端头与三极 管T301的基极连接；三极管T301的集电极连接模拟电子开关U301的片选端INH，三极管T301的发射极接地端； 其中数据放大器U201的输出端经由一个所述带通滤波器后，输出信号V6连接到模拟电子开关U301的X3端；数据放大器U202的输出端经由一个所述带通滤波器后，输出信号V5连接到模拟电子开关U301的X2端；数据放大器U203的输出端经由一个所述带通滤波器后，输出信号V4连接到模拟电子开关U301的Xl端；数据放大器U204的输出端经由一个所述带通滤波器后，输出信号V3连接到模拟电子开关U301的XO端；数据放大器U205的输出端经由一个所述带通滤波器后，输出信号V2连接到模拟电子开关U302的X7端；数据放大器U206的输出端经由一个所述带通滤波器后，输出信号Vl连接到模拟电子开关U302的X6端；数据放大器U207的输出端经由一个所述带通滤波器后，输出信号III连接到模拟电子开关U302的X2端；数据放大器U208的输出端经由一个所述带通滤波器后，输出信号aVR连接到模拟电子开关U302的X3端；数据放大器U209的输出端经由一个所述带通滤波器后，输出信号II连接到模拟电子开关U302的Xl端；数据放大器U210的输出端经由一个所述带通滤波器后，输出信号aVF连接到模拟电子开关U302的X5端；数据放大器U211的输出端经由一个所述带通滤波器后，输出信号I连接到模拟电子开关U302的XO端；数据放大器U212的输出端经由一个所述带通滤波器后，输出信号aVL连接到模拟电子开关U302的X 4端； 其中模拟电子开关U301的A端、模拟电子开关U302的A端均连接到单位片机AT89C2051的Pl.0端；所述模拟电子开关U301的B端、模拟电子开关U302的B端均连接到单位片机AT89C2051的Pl.1端；所述模拟电子开关U301的C端、模拟电子开关U302的C端均连接到单位片机AT89C2051的Pl.2端；电阻R302的外端头连接模拟电子开关U302的片选端INH、单位片机AT89C2051的Pl.3端； 所述信号放大电路包括数据放大器U303，数据放大器U303为数据放大器AD620 ;数据放大器U303的I管脚和8管脚之间连接阻值为IK欧姆的电位器R303 ;数据放大器U303的同相输入端连接模拟电子开关U301的输出端X、模拟电子开关U302的输出端X，数据放大器U303的反相输入端接地端，数据放大器U303的输出端接到A/D转换器TLC2543的输入端AINO ;数据放大器U303的7管脚接+5V电源，数据放大器U303的4管脚接-5V电源；数据放大器U303的5管脚接二极管D301的正极，二极管D301的负极接二极管D302的正极，二极管D302的负极接二极管D303的正极，二极管D303的负极接二极管D304的正极，二极管D304的负极接地端；数据放大器U303的5管脚接阻值为22K欧姆的电阻R304，电阻R304的另一端接+5V电源；数据放大器U303的输出端接二极管D305的负极，二极管D305的正极接地端； 所述模数转换电路包括串行A/D转换器TLC2543，A/D转换器TLC2543的AINl端、AIN2端、AIN3端、AIN4端、AIN5端、AIN6端、AIN7端、AIN8端、AIN9端、AINlO端、负参考电压端KEF -和GND端均接地端；A/D转换器TLC2543的VDD端接+5V电源；A/D转换器TLC2543的同步时钟端SCLK连接到所述单位片机AT89C2051的Pl.4端，A/D转换器TLC2543的串行数据输入端DIN连接到所述单位片机AT89C2051的Pl.5端，A/D转换器TLC2543的串行数据输出端DOUT连接到所述 单位片机AT89C2051的Pl.6端，A/D转换器TLC2543的片选端CS连接到所述单位片机AT89C2051的Pl.7 ;阻值为IK欧姆的电阻R401的一端接+5V电源，电阻R401的另一端接A/D转换器TLC2543的正参考电压端REF+ ；A/D转换器TLC2543的正参考电压端REF+与地端之间依次串接阻值为5K欧姆的滑动电阻R402和阻值为4.7K欧姆的电阻R403，稳压管TL431的3管脚连接正参考电压端REF+，稳压管TL431的I管脚连接在滑动电阻R402和电阻R403之间，稳压管TL431的2管脚接地端； 所述单片计算机包括所述单位片机AT89C2051，单位片机AT89C2051上设置有复位电路，所述复位电路包括连接在单位片机AT89C2051的VCC端和RST端之间的电容C401，复位键K401的一端连接单位片机AT89C2051的VCC端，复位键K401的另一端连接电阻R404，电阻R404的另一端连接单位片机AT89C2051的RST端，电阻R405的一端连接单位片机AT89C2051的RST端，电阻R405的另一端接地端；单位片机AT89C2051上设置有振荡电路，所述振荡电路包括连接在单位片机AT89C2051的XTL2端和XTLl端之间的晶振X401，晶振X401的频率为11.0592MHz，XTL2端和XTLl端之间还依次串接有电容C402和电容C403，电容C402、电容C403之间接地端；单位片机AT89C2051的Pl.1端连接上拉电阻R406，上拉电阻R406的另一端接+5V电源；单位片机AT89C2051的Pl.0端连接上拉电阻R407，上拉电阻R407的另一端接+5V电源；单位片机AT89C2051的GND端接地端； 所述电平转换电路包括电平转换电路和RS232C接口，电平转换电路包括电平转换芯片MAX232，以及容值均为I微法的电容C404、电容C405、电容C406和电容C407 ;电容C404的一端接+5V电源，电容C404的另一端接电平转换芯片MAX232的2引脚；电平转换芯片MAX232的I引脚和3引脚之间连接电容C405 ;电平转换芯片MAX232的4引脚和5引脚之间连接电容C406 ;电平转换芯片MAX232的6引脚和8引脚之间连接电容C407 ;电平转换芯片MAX232的8引脚、10引脚接地端；电平转换芯片MAX232的11引脚连接所述单位片机AT89C2051的TXD端，电平转换芯片MAX232的14引脚连接所述RS232C接口的RXD端；所述RS232C接口的TXD端连接电平转换芯片MAX232的13引脚，电平转换芯片MAX232的12引脚连接所述单位片机AT89C2051的RXD端；电平转换芯片MAX232的16引脚接+5V电源；所述RS232C接口的GND端接地端。
4.根据权利要求3所述的一种家用十二导联心电信号无线测量系统，其特征在于: 所述串口转WIFI模块为济南有人物联网技术有限公司生产的USR-WIFI232-2模块； 所述USR-WIFI232-2模块与所 述心电信号采集模块的RS232C接口连接。
【文档编号】A61B5/0402GK203408045SQ201320298394
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年5月28日 优先权日:2013年5月28日
【发明者】高泽利, 吴杰, 刘苓, 杨皖君, 周建莉, 王树云, 邬志韧, 蒋薇, 韩华 申请人:昆明医科大学