专利名称：嵌入式心电信号采集装置的制作方法
技术领域：
本发明属于心电信号采集技术领域，尤其涉及一嵌入式心电信号采集装置。
背景技术：
近年来，随着人们生活水平的提高和体力劳动的减少，人们的身体素质在某种程度上有些下降，各类心脏病的发病率逐年提高，而且伴随着我国社会老龄化阶段的来临，医疗资源的增长不能满足人们在心脏病预防和治疗上面产生的缺口。随着人们越来越重视自身的心脏健康，需要社区、农村或是家庭提供一种多功能、 便于携带、操作简单、性能稳定和价格低廉的心电信号采集装置，以帮助人们预防或治疗某些心脏疾病。由于从人体体表采集到的心电信号一般较弱，仅为毫伏级，极易受到环境干扰 (如50HZ工频干扰等)以及来自人体自身的干扰(如肌电等生物电干扰)，而目前的心电信号采集装置采用CMOS放大器对采集到的心电信号进行放大处理，其噪音隔离效果差，从而降低了心电信号采集装置的采集精度，且价格昂贵。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一嵌入式心电信号采集装置，以解决目前便携式心电信号采集装置采集精度低的问题。本发明实施例是这样实现的，一种嵌入式心电信号采集装置，所述装置包括置于人体表面、采集人体心电信号的心电图导联；连接所述心电图导联、对所述人体心电信号进行滤波及放大处理后输出的心电信号放大部，所述心电信号放大器以低压低功耗运算放大器TLV22M为处理核心；连接所述心电信号放大部、对所述心电信号放大部输出的人体心电信号进行模数转换以及软件滤波和分析处理后输出的信号处理部。本发明中，心电信号放大部以低压低功耗运算放大器TLV22M为处理核心，相较于目前的CMOS放大器而言，噪音隔离效果明显提高，其高输入阻抗和低噪音，非常适合高阻抗来源的小信号调理，从而提高了装置的采集精度；另外，运算放大器TLV22M所需电量低，其对输入电流的最大消耗仅为34μΑ，放大放大精度高，温度漂移小，从而可以工作在电压范围比较低的场合，可以应用电池驱动，应用范围广。
图1是本发明提供的嵌入式心电信号采集装置的结构图；图2是本发明提供的胸部心电信号放大部的电路图；图3是本发明提供的手部心电信号放大部的电路图；图4是本发明提供的腿部心电信号放大部的电路图；图5是图1中信号处理部的电路图；图6是图1中第一电压转换部的电路图7是图1中第二电压转换部的电路图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。如图1所示，本发明提供的嵌入式心电信号采集装置包括置于人体表面、采集人体心电信号的心电图导联1 ；连接心电图导联1、对人体心电信号进行滤波及放大处理后输出的心电信号放大部2 ；连接心电信号放大部2、对心电信号放大部2输出的人体心电信号进行模数转换以及软件滤波和分析处理后输出的信号处理部3。其中的心电信号放大部2以低压低功耗运算放大器TLV22M为处理核心，相较于目前的CMOS放大器而言，噪音隔离效果明显提高，其高输入阻抗和低噪音，非常适合高阻抗来源的小信号调理，从而提高了装置的采集精度；另外，运算放大器TLV22M所需电量低，其对输入电流的最大消耗仅为34μΑ，放大放大精度高，温度漂移小，从而可以工作在电压范围比较低的场合，可以应用电池驱动，应用范围广。其中的心电图导联1进一步包括六个胸部导联、一左手电极、一右手电极、一左腿电极以及一右腿电极。相应地，心电信号放大部2包括三组胸部心电信号放大部，每组胸部心电信号放大部连接两个胸部导联；连接左手电极和右手电极的一组手部心电信号放大部；以及连接左腿电极和右腿电极的一组腿部心电信号放大部。该嵌入式心电信号采集装置还可以包括连接信号处理部3、将信号处理部3输出
的人体心电信号传送给上位机进行进一步存储和分析的接口部5，接口部5优选为一 USB接□。此时，心电信号放大部2和信号处理部3可以采用USB接口进行供电，为此，该嵌入式心电信号采集装置还可以包括输入端连接接口部5、输出端连接心电信号放大部2， 将USB接口的电源电压转换为心电信号放大部2所需电压的第二电压转换部6 ；输入端连接接口部5、输出端连接信号处理部3，将USB接口的电源电压转换为信号处理部3所需电压的第一电压转换部7。另外，该嵌入式心电信号采集装置还可以包括连接信号处理部3、存储信号处理部3输出的人体心电信号的存储部4，存储部4优选为一 SMS064FF安全数码卡芯片。图2是本发明提供的一组胸部心电信号放大部的电路图，其余两组胸部心电信号放大部的电路的组成及连接关系与此相同。具体地，胸部心电信号放大部包括运算放大器 TLV2254芯片U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、二极管D3、二极管D4、电阻R14、电阻 R15。其中，运算放大器TLV22M芯片Ul的第一信号输入正引脚IIN+通过相互串联的电阻 Rl和电阻R2连接一胸部导联；运算放大器TLV22M芯片Ul的第四信号输入正引脚4ΙΝ+ 通过相互串联的电阻R3和电阻R4连接一胸部导联；运算放大器TLV22M芯片Ul的第一信号输入正引脚IIN+通过相互串联的二极管D3和二极管D4连接运算放大器TLV22M芯片Ul的第四信号输入正引脚4ΙΝ+，且二极管D3的阳极连接二极管D4的阳极；运算放大器 TLV2254芯片Ul的第二输出引脚20UT通过电阻R14连接信号处理部3，运算放大器TLV22M 芯片Ul的第三输出引脚30UT通过电阻R15连接信号处理部3。
图3是本发明提供的手部心电信号放大部的电路图。具体地，手部心电信号放大部包括运算放大器TLV22M芯片U2、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、极管D9、二极管D10、电阻R32、电阻R33。其中，运算放大器TLV22M芯片U2的第一信号输入正引脚IIN+ 通过相互串联的电阻R19和电阻R20连接一胸部导联；运算放大器TLV22M芯片U2的第四信号输入正引脚4IN+通过相互串联的电阻R21和电阻R22连接一胸部导联；运算放大器 TLV2254芯片U2的第一信号输入正引脚IIN+通过相互串联的二极管D9和二极管DlO连接运算放大器TLV22M芯片U2的第四信号输入正引脚4IN+，且二极管D9的阳极连接二极管 DlO的阳极；运算放大器TLV22M芯片U2的第二输出引脚20UT通过电阻R32连接信号处理部3，运算放大器TLV22M芯片Ul的第三输出引脚30UT通过电阻R33连接信号处理部3。进一步地，手部心电信号放大部还可以包括连接信号处理部3的多路模拟开关 ⑶4066芯片U3和连接信号处理部3的多路模拟开关⑶4066芯片U4，多路模拟开关⑶4066 芯片U3和多路模拟开关⑶4066芯片U4的控制引脚相互连接。多路模拟开关⑶4066芯片 U3和多路模拟开关CD4066芯片U3分别用作信号采集过程中产生的中间模拟或数字信号的多路传输。多路模拟开关⑶4066是由四个相互独立的双向开关组成，每个开关有一个控制信号，开关中的P器件和η器件在控制信号的作用下同时开关，该结构消除了开关晶体管阈值电压随输入信号的变化，因此在整个工作信号范围内导通阻抗比较低，与目前单通道开关相比，具有输入信号峰值电压范围等于电源电压以及在输入信号范围内导通阻抗比较稳定等优点。图4是本发明提供的腿部心电信号放大部的电路图。具体地，腿部心电信号放大部包括运算放大器TLV22M芯片U4、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电阻R48、极管D13、二极管D14、电阻R44、电阻R38。其中，运算放大器TLV22M芯片U4的第二输入引脚20UT连接电阻R44的一端，电阻R44的另一端通过相互串联的电阻R47和R48连接一腿部导联；运算放大器TLV22M芯片U4的第三信号输入正引脚3ΙΝ+通过相互串联的电阻R45和电阻R46 连接一腿部导联；电阻R44的另一端通过相互串联的二极管D13和二极管D14连接运算放大器TLV22M芯片U4的第三信号输入正引脚3ΙΝ+，且二极管D13的阳极连接二极管D14的阳极；运算放大器TLV22M芯片U4的第四信号输入正引脚4ΙΝ+通过电阻R38连接信号处理部3。图5是图1中信号处理部3的电路图。具体地，信号处理部3以基于ARM7内核的 STM32处理器为处理核心。图6是图1中第一电压转换部7的电路图。具体地，第一电压转换部7包括将5V 输入直流电转换为3. 3V直流电并输出的ASM1117电压转换芯片U6、电容C45、电容C46、电容C47、电容C48、电阻R54，工作指示灯Lamp3。其中，ASM1117电压转换芯片TO的输入引脚 VIN连接USB接口的电源引脚，并同时连接工作指示灯Lamp3的正引脚，工作指示灯Lamp3 的负引脚通过电阻肪4接地，ASM1117电压转换芯片U6的输入引脚VIN同时分别通过电容 C45和电容C46接地；ASM1117电压转换芯片TO的输出引脚VOUT分别通过电容C47和电容 C48接地，并同时连接信号处理部3。图7是图1中第二电压转换部6的电路图。具体地，第二电压转换部6包括将5V 输入直流电转换为12V直流电并输出的A0512S电压转换芯片U7、将A0512S电压转换芯片U7输出的12V直流电转换为-8V直流电输出的KA78L08稳压芯片U8、将A0512S电压转换芯片U7输出的12V直流电转换为+8V直流电输出的KA79L08稳压芯片U9。其中，A0512S 电压转换芯片U7的电压输入引脚Vin连接USB接口的电源引脚，A0512S电压转换芯片U7 的OV输出引脚连接KA78L08稳压芯片U8的输入引脚，A0512S电压转换芯片U7的正输出引脚V+连接KA79L08稳压芯片U9的输入引脚。本发明中，心电信号放大部2以低压低功耗运算放大器TLV22M为处理核心，相较于目前的CMOS放大器而言，噪音隔离效果明显提高，其高输入阻抗和低噪音，非常适合高阻抗来源的小信号调理，从而提高了装置的采集精度；另外，运算放大器TLV22M所需电量低，其对输入电流的最大消耗仅为34μΑ，放大放大精度高，温度漂移小，从而可以工作在电压范围比较低的场合，可以应用电池驱动，应用范围广。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种嵌入式心电信号采集装置，其特征在于，所述装置包括置于人体表面、采集人体心电信号的心电图导联；连接所述心电图导联、对所述人体心电信号进行滤波及放大处理后输出的心电信号放大部，所述心电信号放大器以低压低功耗运算放大器TLV22M为处理核心；连接所述心电信号放大部、对所述心电信号放大部输出的人体心电信号进行模数转换以及软件滤波和分析处理后输出的信号处理部。
2.如权利要求1所述的嵌入式心电信号采集装置，其特征在于，所述心电图导联包括 六个胸部导联、一左手电极、一右手电极、一左腿电极以及一右腿电极；所述心电信号放大部包括三组胸部心电信号放大部，每组胸部心电信号放大部连接两个胸部导联；连接左手电极和右手电极的一组手部心电信号放大部；以及连接左腿电极和右腿电极的一组腿部心电信号放大部。
3.如权利要求2所述的嵌入式心电信号采集装置，其特征在于，所述装置还包括连接所述信号处理部、将信号处理部输出的人体心电信号传送给上位机进行进一步存储和分析的USB接口。
4.如权利要求3所述的嵌入式心电信号采集装置，其特征在于，所述装置还包括输入端连接所述USB接口、输出端连接所述心电信号放大部，将所述USB接口的电源电压转换为所述心电信号放大部所需电压的第二电压转换部；以及输入端连接所述USB接口、输出端连接所述信号处理部，将所述USB接口的电源电压转换为所述信号处理部所需电压的第一电压转换部。
5.如权利要求4所述的嵌入式心电信号采集装置，其特征在于，所述装置还包括连接所述信号处理部、存储所述信号处理部输出的人体心电信号的SMS064FF安全数码卡芯片。
6.如权利要求5所述的嵌入式心电信号采集装置，其特征在于，所述胸部心电信号放大部包括运算放大器TLV22M芯片U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、二极管D3、二极管D4、电阻R14、电阻R15 ；运算放大器TLV22M芯片Ul的第一信号输入正引脚通过相互串联的电阻Rl和电阻R2 连接一胸部导联；运算放大器TLV22M芯片Ul的第四信号输入正引脚通过相互串联的电阻 R3和电阻R4连接一胸部导联；运算放大器TLV22M芯片Ul的第一信号输入正引脚通过相互串联的二极管D3和二极管D4连接运算放大器TLV22M芯片Ul的第四信号输入正引脚， 且二极管D3的阳极连接二极管D4的阳极；运算放大器TLV22M芯片Ul的第二输出引脚通过电阻R14连接所述信号处理部，运算放大器TLV22M芯片Ul的第三输出引脚通过电阻 R15连接所述信号处理部3。
7.如权利要求5所述的嵌入式心电信号采集装置，其特征在于，所述手部心电信号放大部包括运算放大器TLV22M芯片U2、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、极管D9、二极管D10、电阻R32、电阻R33 ；运算放大器TLV22M芯片U2的第一信号输入正引脚通过相互串联的电阻R19和电阻 R20连接一胸部导联；运算放大器TLV22M芯片U2的第四信号输入正引脚通过相互串联的电阻R21和电阻R22连接一胸部导联；运算放大器TLV22M芯片U2的第一信号输入正引脚通过相互串联的二极管D9和二极管DlO连接运算放大器TLV22M芯片U2的第四信号输入正引脚，且二极管D9的阳极连接二极管DlO的阳极；运算放大器TLV22M芯片U2的第二输出引脚通过电阻R32连接所述信号处理部，运算放大器TLV22M芯片Ul的第三输出引脚通过电阻R33连接所述信号处理部。
8.如权利要求7所述的嵌入式心电信号采集装置，其特征在于，所述手部心电信号放大部还包括连接所述信号处理部的多路模拟开关⑶4066芯片U3和连接所述信号处理部的多路模拟开关⑶4066芯片U4，多路模拟开关⑶4066芯片U3和多路模拟开关⑶4066芯片U4的控制引脚相互连接。
9.如权利要求5所述的嵌入式心电信号采集装置，其特征在于，所述腿部心电信号放大部包括运算放大器TLV22M芯片U4、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电阻R48、极管D13、 二极管D14、电阻R44、电阻R38 ；运算放大器TLV22M芯片U4的第二输入引脚连接电阻R44的一端，电阻R44的另一端通过相互串联的电阻R47和R48连接一腿部导联；运算放大器TLV22M芯片U4的第三信号输入正引脚通过相互串联的电阻R45和电阻R46连接一腿部导联；电阻R44的另一端通过相互串联的二极管D13和二极管D14连接运算放大器TLV22M芯片U4的第三信号输入正引脚，且二极管D13的阳极连接二极管D14的阳极；运算放大器TLV22M芯片U4的第四信号输入正引脚通过电阻R38连接所述信号处理部。
10.如权利要求5所述的嵌入式心电信号采集装置，其特征在于，所述第一电压转换部包括将5V输入直流电转换为3. 3V直流电并输出的ASMl 117电压转换芯片U6、电容C45、 电容C46、电容C47、电容C48、电阻R54，工作指示灯；ASMl 117电压转换芯片TO的输入引脚连接所述USB接口的电源引脚，并同时连接所述工作指示灯的正引脚，所述工作指示灯的负引脚通过电阻肪4接地，ASM1117电压转换芯片U6的输入引脚同时分别通过电容C45和电容C46接地；ASM1117电压转换芯片U6的输出引脚分别通过电容C47和电容C48接地， 并同时连接所述信号处理部；所述第二电压转换部包括将5V输入直流电转换为12V直流电并输出的A0512S电压转换芯片U7、将A0512S电压转换芯片U7输出的12V直流电转换为SV直流电输出的 KA78L08稳压芯片U8、将A0512S电压转换芯片U7输出的12V直流电转换为+8V直流电输出的KA79L08稳压芯片U9 ；A0512S电压转换芯片U7的电压输入引脚连接所述USB接口的电源引脚，A0512S电压转换芯片U7的OV输出引脚连接KA78L08稳压芯片U8的输入引脚， A0512S电压转换芯片U7的正输出引脚连接KA79L08稳压芯片U9的输入引脚。
全文摘要
本发明公开了一嵌入式心电信号采集装置，包括置于人体表面、采集人体心电信号的心电图导联；连接心电图导联的心电信号放大部，心电信号放大器以低压低功耗运算放大器TLV2254为处理核心；连接心电信号放大部的信号处理部。由于该装置以低压低功耗运算放大器TLV2254为处理核心，相较于目前的CMOS放大器而言，噪音隔离效果明显提高，其高输入阻抗和低噪音，非常适合高阻抗来源的小信号调理，从而提高了装置的采集精度；另外，运算放大器TLV2254所需电量低，其对输入电流的最大消耗仅为34μA，放大放大精度高，温度漂移小，从而可以工作在电压范围比较低的场合，可以应用电池驱动，应用范围广。
文档编号A61B5/0402GK102283643SQ20111024076
公开日2011年12月21日 申请日期2011年8月19日 优先权日2011年8月19日
发明者吴宝春, 张维维, 李敏, 杨亚宁 申请人:大连民族学院