基于usb传输的心电信号采集装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种基于USB传输的心电信号采集装置，包括心电采集接口、单片机、USB接口，其特征在于：心电采集接口的右臂电极信号输入脚和左臂电极信号输入脚连接在初级放大电路上，依次经过低通滤波电路、高通滤波电路、陷波电路以及后置放大电路后送入单片机中，在USB接口的电源引线上还连接有电源隔离电路、电源转换电路以及参考电压生成电路，初级放大电路还与右腿驱动电路相连，在屏蔽驱动脚上还连接有屏蔽电路。其显著效果是：电路分级化、模块化设计，通过USB接口直接供电，简化设备连接方式，可以利用USB接口准确的输出心电采集信号，通过与计算机不同软件模块配合，可以实现不同的心电监护功能，而且便于实现家庭监护和远程会诊。
【专利说明】基于USB传输的心电信号采集装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种心电信号采集装置，具体地讲，是一种基于USB传输的心电
信号采集装置。
【背景技术】
[0002]现在使用的心电监护设备，大多作为独立设备使用，其本身将心电信号采集、处理及显示功能合为一体，主要用于医疗监护使用。
[0003]对于此类心电监护仪，存在以下主要不足:
[0004](I)造价昂贵，设备中的显示、驱动、处理等硬件成本高；
[0005](2)难以升级，设备的软件程序根据预定的功能已经固化到相应的芯片中，所以想升级基本是不可能；
[0006](3)设备内置处理器运算能力、固化程序大小、RAM空间大小的限制，使设备难以完成需要大量计算才能完成的高级功能；
[0007](4)由于缺少与计算机通讯的能力，检测结果难以长时间记录，难以实现病历管理及远程专家会诊。
实用新型内容
[0008]针对上述问题，本实用新型提供了一种基于USB传输的心电信号采集装置，通过设计独立的心电采集装置，采集的心电信号可以通过USB接口上传至计算机，利用计算机的强大运算功能与高分辨率显示器代替现有心电监护仪的中央处理器及液晶显示屏，心电信号的处理可以通过计算机中的软件模块实现，从而将心电采集设备和处理显示设备独立开来，便于家庭监护和远程会诊。
[0009]为达到上述目的，本实用新型的所采用的具体技术方案如下:
[0010]一种基于USB传输的心电信号采集装置，包括心电采集接口、用于AD采样和数据存储的单片机、用于数据传输的USB接口，其关键在于:所述心电采集接口设有右腿驱动脚、右臂电极信号输入脚、左臂电极信号输入脚以及屏蔽驱动脚，所述右臂电极信号输入脚和左臂电极信号输入脚连接在初级放大电路上，该初级放大电路输出的信号依次经过低通滤波电路、高通滤波电路、50Hz陷波电路以及后置放大电路后送入所述单片机的AD采样管脚中，所述单片机的串口通信管脚经过USB转换模块连接在所述USB接口上，在所述USB接口的电源引线上还连接有电源隔离电路，所述电源隔离电路设置有第一输出端、第二输出端以及第三输出端，电源隔离电路的第一输出端经过电源转换电路转换为电源VCC为所述单片机供电，电源隔离电路的第二输出端还经过参考电压生成电路生成2.5V的参考电压为所述后置放大电路提供参考输入，所述初级放大电路还与右腿驱动电路相连，该右腿驱动电路的输出端连接在所述右腿驱动脚上，在所述屏蔽驱动脚上还连接有屏蔽电路。
[0011]通过以上描述可以看出，本实用新型设计的心电采集装置不需要外接其他电源，利用USB接口即可以实现数据传输，又可以实现采集设备中的电路供电，使用非常方便。当USB接口插入相应的计算机后，各个电极采集所得的心电信号经过多级滤波和放大后由单片机转换为准确的数字信号。根据不同的需求，计算机中可以配置不同的心电处理软件，实现相应的心电监测。装置中的各个电源处理模块可以有效的利用USB接口上的供电电源，为设备中的各个模块供电，保证整个心电采集装置安全可靠运行。
[0012]为了便于后续电路对各个电极采集得到的心电信号进行处理，所述初级放大电路主要采用运算放大器AD620，该运算放大器AD620的第2引脚经限流电阻RlOl连接所述右臂电极信号输入脚，第3引脚经限流电阻R102连接所述左臂电极信号输入脚，第4引脚接所述电源隔离电路的第三输出端，第6引脚接一电压跟随器后连接所述低通滤波电路的输入端，第7引脚接电源隔离电路的第二输出端，第8引脚和第I引脚接所述右腿驱动电路，第6引脚为还接一反相放大器后送入第5引脚中。
[0013]为了获取准确的心电信号，所述右腿驱动电路包括一集成运放，该集成运放的正、负电源输入端分别连接所述电源隔离电路的第二输出端和第三输出端，该集成运放的正相输入端接地，该集成运放的反相输入端经电阻R204、电阻R203连接在所述运算放大器AD620的第I管脚，该集成运放的反相输入端还经电阻R205、电阻R206连接在所述运算放大器AD620的第8管脚，在运算放大器AD620的第I管脚和第8管脚之间还串接有电阻R103,集成运放的输出端连接所述右腿驱动脚。
[0014]为了实现单片机的AD采样，所述后置放大电路包括一集成运放，该集成运放的正相输入端经电阻R510连接所述参考电压生成电路输出的2.5V参考电压，集成运放的正相输入端还经电阻R511接地，集成运放的反相输入端经限流电阻R509接所述50Hz陷波电路的输出端，在该集成运放的输出端和反相输入端之间还并行连接有电阻R512和电容C508。
[0015]为了保证各个模块准确供电，所述电源隔离电路采用B0505S直流电源隔离模块，所述电源转换电路采用LM1117低压差电压调节器，在电源隔离电路的输出端还连接有电源指示灯。
[0016]为了实现USB信号传输，所述USB转换模块采用的芯片型号为FT232BM，在该芯片上还连接有数据发送指示灯和数据接收指示灯。
[0017]为了便于实现，所述单片机采用芯片型号为MSP430F149。
[0018]为了保证参考电压稳定可靠，所述参考电压生成电路包括电阻R601和一稳压二极管，在稳压二极管的负极端生成所述2.5V参考电压。
[0019]本实用新型的显著效果是:电路分级化、模块化设计，实现方便，通过两级放大和三级滤波，去除干扰，保证了心电信号的准确可靠，通过USB接口直接供电，简化设备连接方式，使用非常方便，本装置可以利用USB接口准确的输出心电采集信号，通过与计算机不同软件模块配合，可以实现不同的心电监护功能，而且便于实现家庭监护和远程会诊。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型电路原理框图；
[0021 ] 图2为图1中初级放大电路3的电路原理图；
[0022]图3为图1中右腿驱动电路2的电路原理图；
[0023]图4为图1中低通滤波电路4的电路原理图；
[0024]图5为图1中高通滤波电路5的电路原理图；[0025]图6为图1中陷波电路6的电路原理图；
[0026]图7为图1中后置放大电路7的电路原理图；
[0027]图8为图1中单片机8的电路原理图；
[0028]图9为图1中USB转换模块9的电路原理图；
[0029]图10为图1中电源隔离电路11的电路原理图；
[0030]图11为图1中电源转换电路12的电路原理图；
[0031]图12为图1中参考电压生成电路13的电路原理图；
[0032]图13为图1中屏蔽电路14的电路原理图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】以及工作原理作进一步详细说明。
[0034]如图1所示，一种基于USB传输的心电信号采集装置，包括心电采集接口 1、用于AD采样和数据存储的单片机8、用于数据传输的USB接口 10，所述心电采集接口 I设有右腿驱动脚RU右臂电极信号输入脚RA、左臂电极信号输入脚LA以及屏蔽驱动脚PINGBI，所述右臂电极信号输入脚RA和左臂电极信号输入脚LA连接在初级放大电路3上，该初级放大电路3输出的信号依次经过低通滤波电路4、高通滤波电路5、50Hz陷波电路6以及后置放大电路7后送入所述单片机8的AD采样管脚中，所述单片机8的串口通信管脚TXD、RXD经过USB转换模块9连接在所述USB接口 10上，在所述USB接口 10的电源引线上还连接有电源隔离电路11，所述电源隔离电路11设置有第一输出端D+5V、第二输出端E+5V以及第三输出端E-5V，电源隔离电路11的第一输出端D+5V经过电源转换电路12转换为电源VCC为所述单片机8供电，电源隔离电路11的第二输出端E+5V还经过参考电压生成电路13生成2.5V的参考电压为所述后置放大电路7提供参考输入，所述初级放大电路3还与右腿驱动电路2相连，该右腿驱动电路2的输出端连接在所述右腿驱动脚RL上，在所述屏蔽驱动脚PINGBI上还连接有屏蔽电路14。
[0035]如图2所示，在具体实施过程中，所述初级放大电路3主要采用运算放大器AD620，该运算放大器AD620的第2引脚经限流电阻RlOl连接所述右臂电极信号输入脚RA，第3引脚经限流电阻R102连接所述左臂电极信号输入脚LA，第4引脚接所述电源隔离电路11的第三输出端E-5V，第6引脚接一电压跟随器U03B后连接所述低通滤波电路4的输入端，第7引脚接电源隔离电路11的第二输出端E+5V，第8引脚和第I引脚接所述右腿驱动电路2，第6引脚为还接一反相放大器U03A后送入第5引脚中。
[0036]通过图2可以看出，电压跟随器U03B和反相放大器U03A均采用集成运放0P293实现，通过初级放大电路3对右臂电极信号输入脚RA和左臂电极信号输入脚LA的信号进行放大处理，便于后级电路滤除杂波。
[0037]通过图2和图3可以看出，为了保证右腿驱动信号的驱动能力，所述右腿驱动电路2包括一集成运放U02A，该集成运放U02A的正、负电源输入端分别连接所述电源隔离电路11的第二输出端E+5V和第三输出端E-5V，该集成运放U02A的正相输入端接地，该集成运放U02A的反相输入端经电阻R204、电阻R203连接在所述运算放大器AD620的第I管脚，该集成运放U02A的反相输入端还经电阻R205、电阻R206连接在所述运算放大器AD620的第8管脚，在运算放大器AD620的第I管脚和第8管脚之间还串接有电阻R103，集成运放U02A的输出端连接所述右腿驱动脚RL。
[0038]如图4-图6所示，为了滤除心电信号中的干扰，利用集成运放0P293分别搭建了图4所示的低通滤波器，图5所示的高通滤波器以及图6所示的50Hz陷波器，将其依次连接在初级放大电路3和后置放大电路7之间，保证了后置放大电路7前心电信号的准确可
靠。[0039]如图7所示，为了保证单片机8AD采样的准确，所述后置放大电路7包括一集成运放U05B，该集成运放U05B的正相输入端经电阻R510连接所述参考电压生成电路13输出的
2.5V参考电压，集成运放U05B的正相输入端还经电阻R511接地，集成运放U05B的反相输入端经限流电阻R509接所述50Hz陷波电路6的输出端，在该集成运放U05B的输出端和反相输入端之间还并行连接有电阻R512和电容C508。
[0040]如图8所示，单片机8采用芯片型号为MSP430F149，该芯片的32号管脚和33号管脚作为TXD和RXD管脚，该芯片的59号管脚作为AD采样脚接收所述后置放大电路7的输
出信号。
[0041]如图9所示，为了实现单片机8中数据的USB传输，所述USB转换模块9采用的芯片型号为FT232BM，在该芯片上还连接有数据发送指示灯和数据接收指示灯，这里的指示灯利用图9中的发光二极管D3和D2实现。
[0042]如图10和图11所示，所述电源隔离电路11采用B0505S直流电源隔离模块，所述电源转换电路12采用LMl117低压差电压调节器，在电源隔离电路11的输出端还连接有电源指示灯，该电源指示灯利用图10中发光二极管Dl实现，B0505S主要用于实现电源隔离，避免电源干扰，LMl117主要用于实现电源转换，提供电源VCC为电路中各种芯片供电。
[0043]如图12所示，所述参考电压生成电路13包括电阻R601和一稳压二极管，在稳压二极管的负极端生成所述2.5V参考电压，这里的稳压二极管采用LM385，主要用于提供
2.5V参考电压。
[0044]如图13所示，所示屏蔽电路14采用集成运放0P293实现，主要用于在采样电极电缆线的屏蔽层上加上适当的驱动电位，有效屏蔽电缆线的耦合干扰。
[0045]通过以上描述可以发现，本实施例电路分级设计，各个模块实现方便，输出的心电
信号准确可靠。
[0046]最后应说明的是:本实施例仅是本实用新型的最佳设计、组装与使用方法，并非对本实用新型做任何形式上的限制；凡依据本实用新型的电路、结构作任何形式的简单修改，均属于本实用新型的技术范围之内。
【权利要求】
1.一种基于USB传输的心电信号采集装置，包括心电采集接口(I)、用于AD采样和数据存储的单片机(8)、用于数据传输的USB接口(10)，其特征在于:所述心电采集接口(I)设有右腿驱动脚(RL)、右臂电极信号输入脚(RA)、左臂电极信号输入脚(LA)以及屏蔽驱动脚(PINGBI)，所述右臂电极信号输入脚(RA)和左臂电极信号输入脚(LA)连接在初级放大电路(3)上，该初级放大电路(3)输出的信号依次经过低通滤波电路(4)、高通滤波电路(5),50Hz陷波电路(6)以及后置放大电路(7)后送入所述单片机(8)的AD采样管脚中，所述单片机(8)的串口通信管脚(TXD、RXD)经过USB转换模块(9)连接在所述USB接口(10)上，在所述USB接口(10)的电源引线上还连接有电源隔离电路(11)，所述电源隔离电路(11)设置有第一输出端(D+5V )、第二输出端(E+5V )以及第三输出端(E-5V )，电源隔离电路(11)的第一输出端(D+5V)经过电源转换电路(12)转换为电源VCC为所述单片机(8)供电，电源隔离电路(11)的第二输出端(E+5V)还经过参考电压生成电路(13)生成2.5V的参考电压为所述后置放大电路(7)提供参考输入，所述初级放大电路(3)还与右腿驱动电路(2)相连，该右腿驱动电路(2)的输出端连接在所述右腿驱动脚(RL)上，在所述屏蔽驱动脚(PINGBI)上还连接有屏蔽电路(14)。
2.根据权利要求1所述的基于USB传输的心电信号采集装置，其特征在于:所述初级放大电路(3)主要采用运算放大器AD620，该运算放大器AD620的第2引脚经限流电阻RlOl连接所述右臂电极信号输入脚(RA)，第3引脚经限流电阻R102连接所述左臂电极信号输入脚(LA)，第4引脚接所述电源隔离电路(11)的第三输出端(E-5V)，第6引脚接一电压跟随器后连接所述低通滤波电路(4)的输入端，第7引脚接电源隔离电路(11)的第二输出端(E+5V)，第8引脚和第I引脚接所述右腿驱动电路(2)，第6引脚为还接一反相放大器后送入第5引脚中。
3.根据权利要求2所述的基于USB传输的心电信号采集装置，其特征在于:所述右腿驱动电路(2)包括一集成运放，该集成运放的正、负电源输入端分别连接所述电源隔离电路(11)的第二输出端(E+5V)和第三输出端(E-5V)，该集成运放的正相输入端接地，该集成运放的反相输入端经电阻R204、电阻R203连接在所述运算放大器AD620的第I管脚，该集成运放的反相输入端还经电阻R205、电阻R206连接在所述运算放大器AD620的第8管脚，在运算放大器AD620的第I管脚和第8管脚之间还串接有电阻R103，集成运放的输出端连接所述右腿驱动脚(RL)。
4.根据权利要求1所述的基于USB传输的心电信号采集装置，其特征在于:所述后置放大电路(7)包括一集成运放，该集成运放的正相输入端经电阻R510连接所述参考电压生成电路(13)输出的2.5V参考电压，集成运放的正相输入端还经电阻R511接地，集成运放的反相输入端经限流电阻R509接所述50Hz陷波电路(6)的输出端，在该集成运放的输出端和反相输入端之间还并行连接有电阻R512和电容C508。
5.根据权利要求1所述的基于USB传输的心电信号采集装置，其特征在于:所述电源隔离电路(11)采用B0505S直流电源隔离模块，所述电源转换电路(12)采用LMl117低压差电压调节器，在电源隔离电路(11)的输出端还连接有电源指示灯。
6.根据权利要求1所述的基于USB传输的心电信号采集装置，其特征在于:所述USB转换模块(9)采用的芯片型号为FT232BM，在该芯片上还连接有数据发送指示灯和数据接收指示灯。
7.根据权利要求1所述的基于USB传输的心电信号采集装置，其特征在于:所述单片机(8)采用芯片型号为MSP430F149。
8.根据权利要求1所述的基于USB传输的心电信号采集装置，其特征在于:所述参考电压生成电路(13) 包括电阻R601和一稳压二极管，在稳压二极管的负极端生成所述2.5V参考电压。
【文档编号】A61B5/0402GK203564234SQ201320771630
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】庞宇, 李章勇, 李捷, 吴强, 赵何婷, 任斌斌, 李泽颖 申请人:重庆海睿科技有限公司