一种便携式无线ECG监测装置的制作方法

本实用新型涉及心电监测技术领域，具体涉及一种便携式无线ECG(心电图)监测装置。

背景技术：

近年来，随着物质生活水平的不断提高，人们开始逐渐关注自身健康。心电信号是人体健康相关的一项很重要的参数，通过对心电信号的分析可以找出人体出现的各类心脏疾病。传统的ECG监护仪器体积比较庞大，对监护的地点有严格的限制，大多是在医院等场所。对于一些需要医生长时间观察心脏状态的患者来说，经常往返于医院和家不是很方便。在一些紧急抢救的情况，如果能把病人的心电图在救护车上发往医院的医生进行实时观察，能让医院的医生更早得了解病人的病况，可以很大地提高医院对病人的抢救效率。另一方面，当今市面上的ECG监护仪器的价格非常高，很难被大众接受。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的是现有ECG监护仪器价格昂贵和不便于携带的问题，提供一种便携式无线ECG监测装置。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种便携式无线ECG监测装置，包括从机端和主机端；上述从机端包括导联贴电极片、前级放大器、模拟前端、AD转换器、单片机和从机端无线传输模块；导联贴电极片的输出端经由前级放大器连接模拟前端的输入端，模拟前端的输出端经由AD转换器连接单片机；单片机与从机端无线传输模块相连；上述主机端包括上位机、主机端无线传输模块和波形显示器；上位机与主机端无线传输模块相连；上位机的输出端连接波形显示器；从机端的从机端无线传输模块与主机端的主机端无线传输模块无线连接。

上述方案中，从机端还进一步包括显示屏，单片机的输出端连接显示屏。

上述方案中，模拟前端包括仪表放大器、双极点高通滤波器和低通滤波器组成；仪表放大器的输入端形成模拟前端的输入端，仪表放大器的输出端连接双极点高通滤波器的输入端，双极点高通滤波器的输出端连接低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端形成模拟前端的输出端。

上述方案中，从机端的从机端无线传输模块与主机端的主机端无线传输模块均为2.4GHZ无线传输模块。

相比于医院传统的ECG设备来说，本实用新型采用从机来实现便携式心电采集，而采用主机来实现后续心电分析处理；这样用户可将从机端随身携带，而不会受到心电导联线的影响而难以活动，当需要查看心电图时可以利用主机端的波形显示器来查看，也可以利用主机端将处理所得的心电图发送到从机端的显示屏上来查看；主从配合实现心电监测的方式，能够在保证监测可靠性的前提下，提高装置的便捷性，使其不受场地的限制，同时具有成本低廉的特点，极大地节省了用户的精力和成本。

附图说明

图1为一种便携式无线ECG监测装置的原理框图。

图2为图1中模拟前端原理框图。

图3为模拟前端的双极点高通滤波器的电路原理图。

图4为模拟前端的低通滤波器的电路原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

参见图1，一种便携式无线ECG监测装置，主要由从机端和主机端两大部分组成。上述从机端供用户随时携带，其主要作用是的对用户的心电信号进行实时采集。从机端供包括导联贴电极片、前级放大器、模拟前端、AD转换器、单片机、显示屏和从机端无线传输模块。导联贴电极片的输出端经由前级放大器连接模拟前端的输入端，模拟前端的输出端经由AD转换器连接单片机。单片机的输出端连接显示屏。单片机与从机端无线传输模块相连。上述主机端安装在固定的地方，如家中、社区中心或医院中，其主要作用是将心电信号处理转化为心电图进行显示。主机端包括上位机、主机端无线传输模块和波形显示器。上位机与主机端无线传输模块相连。上位机的输出端连接波形显示器。从机端的从机端无线传输模块与主机端的主机端无线传输模块无线连接。从机端的从机端无线传输模块与主机端的主机端无线传输模块均为2.4GHZ无线传输模块。同一个主机端可以与1个从机端连接，即接收1个从机端发来的心电信号，也可以与2个以上的从机端连接，以同时接收多个从机端发来的心电信号。

导联贴电极片主要实现对心电信号的采集，而原始的心电信号幅度只有0到4毫伏，属于非常微弱的信号。本实用新型所采用的导联贴电极片是利用一个银/氯化银导电片作为电容耦合的采集端。

将导联贴电极片耦合到的微弱信号接到一个利用LMP7702组成的电压跟随器的前端来使得阻抗匹配减小信号的损耗，同时，利用LMP7702外围电容滤除混杂在心电信号中的直流分量和部分低频大信号的干扰。前级放大器LMP7702的后级则充当电压放大器，将电压跟随器采集到的原始心电信号简单放大以后输出到模拟前端，由模拟前端对心电信号进行进一步的处理。

心电信号中存在诸多干扰，比如电源的工频干扰、皮肤表面的肌电噪声、基线漂移等，因此对于心电信号采集前端，需要在有效提取出微弱的心电小信号的同时对各种噪声做到最大的抑制。以前的ECG信号采集设备一般都是使用电阻、三极管、电容等分立器件对心电信号进行采集。采用这样的电路实现模拟前端，会不可避免地使用到非常多集成程度不高的集成芯片和许多阻容器件，容易造成设备功耗大、体积庞大和电路设计的灵活性低等问题。由于普通的电阻和电容有很大的差异性，这会导致各个心电导联的参数和指标有区别，例如输入心电信号共模的抑制比、输入的阻抗大小等。假如电容个体和电阻个体差别过大，还容易造成信号滤波电路的滤波性能的改变，造成了各个通道的ECG带宽的不一致性的影响。

本实用新型使用AD8232单导联模拟前端作为ECG滤波及以及进一步放大的芯片，它是一款用于心电信号测量及其他生物电测量的集成信号调理芯片。如图2所示，该模拟前端芯片内置仪表放大器、双极点高通滤波器和低通滤波器。仪表放大器的输入端形成模拟前端的输入端，仪表放大器的输出端连接双极点高通滤波器的输入端，双极点高通滤波器的输出端连接低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端形成模拟前端的输出端。该AD8232模拟前端可以在有运动或远程电极放置产生的噪声的情况下提取、放大及过滤微弱的生物电信号，并且可以将信号放大至单片机的ADC输入电压范围，使得模数转换器(ADC)或嵌入式微控制器(MCU)能够便捷的采集输出信号。AD8232芯片体积小，功耗低，价格也比较便宜，同时也方便使用电池供电。使用起来也比较简单，不需要配置复杂的寄存器，只需要简单的几个电阻电容就能实现滤波还有信号的放大。当信号调理完成后，直接连接到从机端单片机的ADC输入引脚进行信号采集。

AD8232模拟前端有一个仪表放大器，固定的增益为100。

图3为AD8232模拟前端内部双极点高通滤波器的原理图。通常有如下的计算公式：

通常有如下的公式R1＝R2≥100kΩ，C1＝C2，RCOMP的阻值等于0.14倍的R1或者0.14倍的R2。当RCOMP的值是其它两个电阻值的0.14倍时，滤波器具有最平坦的带通。RCOMP电阻值越小，Q就越大，而滤波器的峰值也就越大。截止频率的计算如式(2.1)，本设计中R1和R2应该都是相等，阻值为10M，C1和C2的容值应该相等，值为0.33uf，R3＝0.14M*R1＝1.4M。截止频率为Fc＝0.48HZ，因此该滤波器是0.5HZ的双极点高通滤波器。

图4为AD8232模拟前端内部低通滤波放大器的原理图，可以用于额外的增益和滤波。低通的截止频率如下所示：

增益为1+R9/R10。在本设计中R16＝R11＝1M，C7＝1.5nf，C4＝10nf，截止频率40HZ。

从机端的AD转换器可以使用独立的AD转换器，也可以使用集成在单片机中的AD转换器。在本实施例中，从机端单片机选择STM32F103RET6单片机，从机端的STM32上需要完成大部份的数据采集与处理，其中包括AD采样，IIR数字滤波器以及数据发送。为了提高AD数据处理和发送的速度，采用DMA方式进行外设到内存的数据传输；之后通过IIR数字滤波器制作的50HZ工频陷波器对信号进行进一步滤波，最后通过2.4GHZ无线传输模块NRF24L01发送到主机端单片机上。

主机端的上位机在接收到通过NRF24L01传来的信号波形数据后，将波形数据通过串口的形式转发给串口屏，从而在波形显示器屏幕上显示出用户实时的ECG波形。

本实用新型的工作过程如下：导联贴电极片与用户皮肤相贴，采集人体心电信号。由于所采集的心电信号为混杂着肌电噪声、工频干扰、基线漂移以及运动伪迹等诸多干扰的微弱信号，因此需要进行处理后再送至主机端，以提高精度。此时，前级放大器先对采集的信号进行简单的滤波和放大后送入到模拟前端。在模拟前端中实现信号的放大和调理，去除信号中的大部分干扰后送至AD转换器。AD转换器将处理后的模拟信号转换为电信号后送入到单片机中。单片机将信号通过从机端无线传输模块传送至主机端。主机端的主机端无线传输模块接收到从机端发来的信号，并将其送至上位机中。上位机利用现有的心电处理方法对信号进行处理后得到心电图，并将心电图送至波形显示器中进行显示。与此同时，上位机还可以通过主机端无线传输模块将所得到是心电图回传至从机端，并通过从机端的显示屏进行显示。本实用新型能够有效检测心电信号，且适用于长期监测。

需要说明的是，尽管以上本实用新型所述的实施例是说明性的，但这并非是对本实用新型的限制，因此本实用新型并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本实用新型原理的情况下，凡是本领域技术人员在本实用新型的启示下获得的其它实施方式，均视为在本实用新型的保护之内。