基于51单片机的心电监测系统

1 引言虚拟医学仪器充分利用计算机丰富的软硬件资源,仅增设少量专用软、硬件模块,便可实现传统仪器的全部功能及一些传统仪器无法实现的功能，同时缩短了研发周期。本系统由两部分组成：以 C8051F320 单片机为核心的数据采集装置和以 PC 机为平台的分析处理系统。设计中充分考虑数据采集装置体积小、功耗低、操作快捷的要求，因此全部采纳 SMT封装的元器件。PC 监护终端通过 USB 接口接收数据，传输速率高;采纳图形编程语言LabVIEW 编写显示、存储、分析处理等功能程序。该系统可实时监护并提供心动周期，心率等参数，也可进行数据的存储回放，为心血管疾病的诊断提供依据。系统的软件开发和硬件与上位机软件的集成测试表明，系统运行稳定可靠，取得了预期效果。2 系统硬件设计该系统由 C8051F320 数据采集模块和 PC 机两部分组成，如图 1 所示。数据采集模块主要由心电采集电路和基于 C8051F320 单片机的 DAQ 接口卡构成,如图 2所示。该模块通过 C8051F320 片上 A/D 转换器采集经预处理的心电信号,再将其由 USB 总线传输至PC 机显示。PC 机部分主要是软件设计，包括通过 C8051F320 单片机片上 USB 主机 API 函数和 LabVIEW 软件编写数据采集图形用户界面;实现接收、显示和处理由数据采集模块通过USB 接口发送采集数据的程序。LabVIEW 应用程序和 C8051F320 应用程序均采纳 SIL IC on Laboratories 公司的 USB Xpress 开发套件的 API 和驱动程序实现对底层 USB 器件的读写操作.心电信号属于微弱信号，体表心电信号的幅值范围为 1～10 mV。在测量心电信号时存在很强的干扰，包括测量电极与人体之间构成的化学半电池所产生的直流极化电压,以共模电压形式存在的 50 Hz 工频干扰．人体的运动、呼吸引起的基线漂移，肌肉收缩引起的肌电干扰等。采纳遥测 HOLTER 三导联线和一次性心电电极与人体接触，能很好地减小运动和呼吸引起的肌电干扰。前端放大器采纳具有极高共模抑制比（CMRR）的仪用 AD620 放大器，放大倍数约为 50 倍；并采纳 0．05～100 Hz 的带通滤波器和 50 Hz 的陷波电路，抑制信号的基线漂移、高频噪声及工频干扰.为了充分利用 A／D 转换的精度，在转换前先将信号放大到 A／D 转换电路参考电压的 70％左右，考虑到信号中会附加直流成分,需在 A／D 转换电路前增加电平调节电路。个体心电幅度的差异要求电路中设计程控放大电路,又为了便于心电信号的标定和考...