一种权电阻式心电信号发生器的制作方法

本发明涉及一种权电阻式心电信号发生器，属于医疗仪器技术领域。

背景技术：

心电信号发生器是一种低频信号源，广泛应用于医疗仪器维修、测试、演示和教学实验等领域。在医院，监护仪、心电图机等是临床上最常用的急救和生命的支持设备。心电图机、监护仪是直接使用在患者身上，直接联系到患者的身体健康和生命安全。当心电图机、监护仪出现故障进行维修后。为了保证监护仪、心电图机参数的准确性，一般都要检查一下各导联工作是否正常。这时可用心电信号发生器来代替人体进行初步检查，以进行调试。这样做既安全又保险，避免了用人体来做检查产生的不安全隐患。

目前我国使用的心电信号发生器，大部分是进口的，价格昂贵。而且当出现故障时，维修起来麻烦，且费用相对高。国内生产的大都由分立元件组成，其体积大，功能少，精度不高，通用性不好。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种权电阻式心电信号发生器，电路简单、可靠性高、精度高、功耗低、体积小、价格便宜。采用集成芯片进行信号处理、18650电池供电或usb供电（同时可对电池充电），可输出30－120次/分的心率信号，并带有r波信号输出接口，解决了分立元件组成心电信号发生器存在的体积大，功能少，精度不高，通用性不好，维修不便等问题。

本发明技术方案是：一种权电阻式心电信号发生器，包括信号适配模块1、权电阻网络和信号分配模块2、振荡模块3、信号控制模块4、电源模块5；电源模块5分别与权电阻网络和信号分配模块2、振荡模块3、信号控制模块4相连接，信号控制模块4、振荡模块3、权电阻网络和信号分配模块2、信号适配模块1依次顺序相连接；所述电源模块5通过开关升压器将电池电压3.6v升高至5v进行供电；

所述信号控制模块4为一单稳态定时器，触发信号由权电阻网络和信号分配模块2给出；

所述振荡模块3产生矩形波信号供权电阻网络和信号分配模块2使用，同时振荡信号受信号控制模块4所控制；

所述权电阻网络和信号分配模块2产生心电信号及r波输出；

所述信号适配模块1中将权电阻网络和信号分配模块2输出的信号经rc滤波后由电容耦合至二级电阻分压器，共将信号衰减约48-68db，并以la、ra、rl的形式输出心电信号。

所述信号适配模块1包括心电左手臂信号输出端la、心电右手臂信号输出端ra、心电右腿驱动信号输出端rl；电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15、心电输出信号幅度调节电位器rv1、滤波电容c1、耦合电容c2、防干扰电容c3；

信号适配模块1中的电阻r11一端与权电阻网络和信号分配模块2中的输出端连接，电阻r11的另一端与滤波电容c1的正极及耦合电容c2的正极相连，滤波电容c1的负极接地；耦合电容c2的负极与心电输出信号幅度调节电位器rv1的一固定端连接、心电输出信号幅度调节电位器rv1的另一固定端则与电阻接r12串联后接地，心电输出信号幅度调节电位器rv1的滑动触头与地之间并联防干扰电容c3、同时与电阻r13的一端相接；电阻r13的另一端则与电阻r14、电阻r15串联；电阻r13与电阻r14的连接点接入心电左手臂信号输出端la；电阻r14与电阻r15的连接点接入心电右腿驱动信号输出端rl；电阻r15的另一端接地同时用作心电右手臂信号输出端ra。

所述权电阻网络和信号分配模块2包括4017芯片u1、4069芯片u4、发光二极管dr、二极管d0－d9、电阻r0－r10、电阻r16、电阻r17、r波输出口rw-out；

权电阻网络和信号分配模块2中芯片u1的16脚接+5v、8脚接地、14脚与振荡模块3中555芯片u2的3脚连接、u1的13脚和15脚接地；u1的3、2、4、7、10、5、6、7、9、11脚分别与二极管d0－d9的正极连接，其中u1的10脚还与u4:b的3脚连接、u1的11脚与信号控制模块4中电容c8相连接；u4:b的4脚与u4:c的5脚及发光二极管dr的负极连接；芯片u4的14脚接+5v、7脚接地；发光二极管dr的正极则与电阻r17串联后接+5v电源；u4:c的6脚与电阻r16串联后接至r波输出口rw-out，输出口另一端接地；二极管d0－d9的负极分别与电阻r0－r9的一端连接、电阻r0－r9的另一端连接在一起后再经r10连接至地。

所述振荡模块3包括555芯片u2、4069芯片u4:a、电阻r18、电阻r19、电容c4、电容c5；

振荡模块3中555芯片u2的8脚接+5v、1脚接地、5脚经电容c4接地、4脚接芯片u4:a的2脚、芯片u4:a的1脚与信号控制模块4中的芯片u3的3脚连接；芯片u4的14脚接+5v、7脚接地；芯片u2的2脚与6脚相连接再经c5接地，同时还连接r19的一端、r19的另一端与r18的一端相连接，同时接至芯片u2的7脚上；r18的另一端接+5v；

所述信号控制模块4包括555芯片u3、二极管d10、电阻r20、电阻r21、心率调节电位器rv2、电容c6、电容c7、电容c8；

信号控制模块4中555芯片u3的8脚接+5v、1脚接地、5脚经电容c7接地；芯片u3的2脚连接二极管d10的正极、电阻r21的一端、电容c8的一端；二极管d10的负极接芯片u3的4脚、电阻r21的另一端接+5v、电容c8的另一端接权电阻网络和信号分配模块2中芯片u1的11脚；555芯片u3的6脚与7脚相连接经电容c6接地，同时连接电阻r20的一端；电阻r20的另一端接心率调节电位器rv2的一个固定端、心率调节电位器rv2的另一个固定端和其滑动触头相连后接到+5v电源上；

所述电源模块5包括max1724ezk50芯片u5、升压电感l1、滤波电容器cp1、滤波电容器cp2、电容c9－c16、电源开关sw和电池bat、发光二极管dp、电阻r22、二极管d11、usb接口j1；

电源模块5中电池bat18650的正极与二极管d11的负极连接，同时经开关sw分别与电容cp1的正极、芯片u5的1脚和3脚、电感l1的一端相连；二极管d11的正极与usb接口j1的1脚、发光二极管dp的正极连接、发光二极管dp的负与电阻r22串联后接地；电感l1的另一端与芯片u5的5脚连接，芯片u5的4脚与电容器cp2的正极、电容器c9－c12的正极、电容器c13－c16的一端连接，电池bat的负极、电容cp1的负极、芯片u5的2脚、电容器cp2的负极、电容器c9－c12的负极、电容器c13－c16的另一端连接usb接口j1的4脚连接在一起。

本发明的有益效果是：可用于心电图机，监护仪的维修、报警设置的检验和心电图机、监护仪导联电缆线的测试以及医学教学研究场合中。其结构简单、体积小、功耗低、容易制造、可靠性高、精度高、价格便宜、实用性强。

附图说明

图1是本发明信号适配模块电路原理图；

图2是本发明权电阻网络和信号分配模块电路原理图；

图3是本发明振荡模块电路原理图；

图4是本发明信号控制模块电路原理图；

图5是本发明电源模块电路原理图；

图6是本发明电路原理图；

图7是本发明电路连接框图；

图8是本发明典型心电图波形；其中横坐标：时间，用心电图机走纸速度（25mm/s）表示，纵坐标：电压值（1mv/10mm）。图为一心电图（ecg））波形，（p、q、r、s、t、u波）其中：r波2mv、心率72次/分。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。

实施例1：如图1-8所示，一种权电阻式心电信号发生器，包括信号适配模块1、权电阻网络和信号分配模块2、振荡模块3、信号控制模块4、电源模块5；电源模块5分别与权电阻网络和信号分配模块2、振荡模块3、信号控制模块4相连接，信号控制模块4、振荡模块3、权电阻网络和信号分配模块2、信号适配模块1依次顺序相连接；所述电源模块5通过开关升压器将电池电压3.6v升高至5v进行供电；

所述信号控制模块4为一单稳态定时器，触发信号由权电阻网络和信号分配模块2给出；

所述振荡模块3产生矩形波信号供权电阻网络和信号分配模块2使用，同时振荡信号受信号控制模块4所控制；

所述权电阻网络和信号分配模块2产生心电信号及r波输出；

所述信号适配模块1中将权电阻网络和信号分配模块2输出的信号经rc滤波后由电容耦合至二级电阻分压器，共将信号衰减约48-68db，并以la、ra、rl的形式输出心电信号。

作为本发明的优选方案，具体的信号适配模块1、权电阻网络和信号分配模块2、振荡模块3、信号控制模块4、电源模块5可以采用如下的设计：

所述信号适配模块1包括心电左手臂信号输出端la、心电右手臂信号输出端ra、心电右腿驱动信号输出端rl；电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15、心电输出信号幅度调节电位器rv1、滤波电容c1、耦合电容c2、防干扰电容c3；

信号适配模块1中的电阻r11一端与权电阻网络和信号分配模块2中的输出端连接（r10非接地端），电阻r11的另一端与滤波电容c1的正极及耦合电容c2的正极相连，滤波电容c1的负极接地；耦合电容c2的负极与心电输出信号幅度调节电位器rv1的一固定端连接、心电输出信号幅度调节电位器rv1的另一固定端则与电阻接r12串联后接地，心电输出信号幅度调节电位器rv1的滑动触头与地之间并联防干扰电容c3、同时与电阻r13的一端相接；电阻r13的另一端则与电阻r14、电阻r15串联；电阻r13与电阻r14的连接点接入心电左手臂信号输出端la；电阻r14与电阻r15的连接点接入心电右腿驱动信号输出端rl；电阻r15的另一端接地同时用作心电右手臂信号输出端ra。

信号适配模块1中将权电阻网络和信号分配模块2输出的信号经rc滤波后由电容耦合至二级电阻分压器，共将信号衰减约48-68db（由rv1调节），使r波的幅值在1.5mv左右并以la、ra、rl的形式输出心电信号（可采用ⅰ、ⅱ、ⅲ导联）。

所述权电阻网络和信号分配模块2包括4017芯片u1、4069芯片u4(4069u4:b、u4:c)、发光二极管dr、二极管d0－d9、电阻r0－r10、电阻r16、电阻r17、r波输出口rw-out；

权电阻网络和信号分配模块2中芯片u1的16脚接+5v、8脚接地、14脚与振荡模块3中555芯片u2的3脚连接、u1的13脚和15脚接地；u1的3、2、4、7、10、5、6、7、9、11脚（十个脚）分别与二极管d0－d9的正极连接，其中u1的10脚还与u4:b的3脚连接、u1的11脚与信号控制模块4中电容c8相连接；u4:b的4脚与u4:c的5脚及发光二极管dr的负极连接；芯片u4的14脚接+5v、7脚接地；发光二极管dr的正极则与电阻r17串联后接+5v电源；u4:c的6脚与电阻r16串联后接至r波输出口rw-out，输出口另一端接地；二极管d0－d9的负极分别与电阻r0－r9的一端连接、电阻r0－r9的另一端连接在一起后再经r10连接至地。

权电阻网络和信号分配模块2产生心电信号及r波输出。振荡模块3输出的20hz信号作为u1(4017)的时钟脉冲输入，使u1的q0－q9输出端依次产生一系列高电平脉冲，分别通过二极管d0－d9加到电阻r0－r9，决定了在输出电阻r10公共端的电压。通过对电阻参数的选择可以按照心电信号的波形的排序依次输出p、q、r、s、t、u波形。完成一个周期的波形输出后，q9输出低电平加至信号控制模块4控制其心率，发光二极管（led）dr可指示r波信号，r波可由输出口rw-out输出。

所述振荡模块3包括555芯片u2、芯片u4(4069u4:a)、电阻r18、电阻r19、电容c4、电容c5；

振荡模块3产生20hz矩形波信号供权电阻网络和信号分配模块2使用，同时振荡信号受信号控制模块4所控制。

振荡模块3中555芯片u2的8脚接+5v、1脚接地、5脚经电容c4接地、4脚接芯片u4:a的2脚、芯片u4:a的1脚与信号控制模块4中的芯片u3的3脚连接；芯片u4的14脚接+5v、7脚接地；芯片u2的2脚与6脚相连接再经c5接地，同时还连接r19的一端、r19的另一端与r18的一端相连接，同时接至芯片u2的7脚上；r18的另一端接+5v；

所述信号控制模块4包括555芯片u3、二极管d10、电阻r20、电阻r21、心率调节电位器rv2、电容c6、电容c7、电容c8；

信号控制模块4中555芯片u3的8脚接+5v、1脚接地、5脚经电容c7接地；芯片u3的2脚连接二极管d10的正极、电阻r21的一端、电容c8的一端；二极管d10的负极接芯片u3的4脚、电阻r21的另一端接+5v、电容c8的另一端接权电阻网络和信号分配模块2中芯片u1的11脚；555芯片u3的6脚与7脚相连接经电容c6接地，同时连接电阻r20的一端；电阻r20的另一端接心率调节电位器rv2的一个固定端、心率调节电位器rv2的另一个固定端和其滑动触头相连后接到+5v电源上；

所述电源模块5包括max1724ezk50芯片u5、升压电感l1、滤波电容器cp1、滤波电容器cp2、电容c9－c16、电源开关sw和电池bat(18650)、发光二极管dp、电阻r22、二极管d11、usb接口j1；

电源模块5中电池bat18650的正极与二极管d11的负极连接，同时经开关sw分别与电容cp1的正极、芯片u5的1脚和3脚、电感l1的一端相连；二极管d11的正极与usb接口j1的1脚、发光二极管dp的正极连接、发光二极管dp的负与电阻r22串联后接地；电感l1的另一端与芯片u5的5脚连接，芯片u5的4脚与电容器cp2的正极、电容器c9－c12的正极、电容器c13－c16的一端连接，电池bat的负极、电容cp1的负极、芯片u5的2脚、电容器cp2的负极、电容器c9－c12的负极、电容器c13－c16的另一端连接usb接口j1的4脚连接在一起(公共地)。

电源模块5可将18650电池电压（3.6v）升高至5v供电或使用usb接口供电（同时可对18650电池充电）。

本发明的工作原理是：

首先由振荡模块3产生20hz矩形波信号，送入u1的clk端，u1(4017)为一个脉冲顺序发生器，20hz的振荡信号是作为该脉冲顺序发生器的时钟脉冲输入，使4017的q0-q9输出端依次产生一系列高电平脉冲，经二极管d0－d9隔离后加至不同阻值的电阻r0－r9上，而在输出电阻r10上决定了输出公共端的电压。通过对电阻参数（权）的选择可以按照心电信号的波形的排序依次输出p、q、r、s、t、u波形。当q9为高电平时，通过c8使信号控制模块4产生一个单稳信号，进入暂稳态，该时间由rv2680kω的可变电阻来决定，从而控制每分钟脉冲个数在30到120之间变化。每一次脉冲产生时，dr闪烁一次。在完成一个周期的波形输出后，q9输出低电平，信号控制模块4输出低电平，经u4:a反相后，u4的4脚为高电平，继续产生振荡信号触发u2产生一个周期的心电信号，如此循环。r波(矩形波)可由输出口rw-out输出。

然后，信号适配模块1中将权电阻网络和信号分配模块2输出的信号经rc（电阻r11、电容c1）滤波后由电容（c2）耦合至二级电阻分压器，将信号衰减约48-68db（大小由rv1调节），使r波的幅值（常规）在1.5mv左右，并以la、ra、rl的形式输出心电信号（可采用ⅰ、ⅱ、ⅲ导联测量）。

电源模块5通过u5(max1724ezk50dc－dc开关升压器)将可将18650电池电压3.6v升高至5v供电或使用usb接口（同时可对18650电池充电）作为信号发生器的电源供电。

图8是本发明典型心电图波形；其中横坐标：时间，用心电图机走纸速度（25mm/s）表示，纵坐标：电压值（1mv/10mm）。图为一心电图（ecg））波形，（p、q、r、s、t、u波）其中：r波2mv、心率72次/分。

上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。