基于蓝牙技术的便携式心电采集设备设计

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1、题目：基于蓝牙技术术的便携式心心电采集集设备设计计摘要现如今我我国民众对对生活质量的要求不断提升,对自己的身体状态和生活 层次也越来来越重视。世世界卫生组组织的研究表表明：心脑脑血管引起的死亡在全全球 范范围看来仍仍然排在首位，作为病病因之首，人人们不得不不对其引起重重视，加以以防 范。心电图图机作为诊断断心脏疾病病的最直观、高高效的医医疗设备，它它可以即时时检 测心心脏兴奋奋的电位位活动状况况，虽然然医用心心电图机机使用方方便，且且检测结结果可靠，对人体体一般无创伤伤性损害，但但是一般的的心电图机机体积和质量量都较大，且且 价格不菲，对对于非专业业用户来说说操作较为复复杂，每次次检查都需要要

2、患者亲自自前 往医院，这这对患者检查查带来了不不少的负担。本文设计计了一种种便于携携带，基于于无线蓝牙技技术的能持持续对病人心心电信号 进行检测的的个人医疗硬硬件系统，可可以不间断断地对患者者心脏电活动动状态进行行记 录，还能够为为临床检查查和评估提提供可使用的的参考资料料。本文主要要研究了心心电 采集电路的的设计，将心心电信号采采集后，通过过缓冲，滤滤波，放大，模模数转换换后 传输到基于ARM7 内核的LPC21138处理器上，经过MCU 进行数据处理 后，通过蓝蓝牙芯片发送送数据。该该数据能被其其他主机接接收并通过软软件对数据据进 行收集并显显示出波形，同同时该系系统采用的蓝蓝牙无线技技术

3、还可以通通过网络将将心 电检测资料料从家庭扩展展到医院、社社区等，能能够对医疗资资源的共享起到一定定作 用。关键词：心电检检测；蓝牙技术；ARM处理器器；个人医医疗71AbsttractNowaadays,ourpeopllesdemandofqualityoflifeisrisiing.Theypaymore attentioontotheirphysicalcondditiionandthe leveloflife.WorldHeaalth Organiizatioonstudyshoowedthat:thedeathcausedbycarrdioovasculardiseaasein w

4、orldwideopiinioonisstillinfirstplacce.Peopllehavetopayattentiiontoit,to guardagainsst. Electrocarrdioogram, asthe mosstinttuitiiveandefficientdiagnossticc medicaaldevicee,caninstantlydetectcarrdiacpotentialactiivitystatuss.Although medicaalECGmachiineiseasy tobeusedand its testresuults isreliiable,a

5、nd it is nonn-invasivvedamagetohummanbody,butitssizeandqualityarelargeanditis also expensiive.The opperaatioonfornon-professsionnaluserrs istoomorecomplex. Patientsarerequuireedtoexaminne thheir ECGatthehospiital,whichbrougghtalotof buurden.Thisspaperpresentsanindiviiduaal poortablemedicaalhardwarre

6、,whichisbased onwirelessBluetooothtechnnoloogy,canconttinuuedetectiingthepatientsECGand reecordinng their cardiac eelectrical actiivity, and iit caan also proviide reffereence materialsforclinicalexaminnatioonandassessmment.Thispaperstuudiesthedesign of ECG accquiisitiion circuit.After thhe ECG data

7、 hasbeenacquuireed,withthe buffer, filter,amplifying andanalog to digitalconvversiion circuiit, thesignalwill be convversedtodigitalandtranssmittedtotheLPC221388ARM7-basedprocessoor.The MCUcanprocessthedataandsenditoutthroughtheBluetooothchipp.Thisdata caanbereceivedbytheotherhosstandwiththesoftware

8、,theECGwaveformscan be diispllayed.Withthe usingof Bluuetooothwirelesstechnnoloogy,the ECGdatacan alsobeextendedtohosspitalandcommuniity thhroughthenetworkandtheseplaya roleinmedicaalresoourccessharinng.Keywwords:ECG,Bluetoothwirelesstechnology,ARM7-basedprocesssor, indivviduualmedicaalhardwarre目录摘要

9、.1Absttracct .2第1章 绪论.51.1 课题的来来源及研究究目的和意义.51.2 国内外研研究现状分分析.61.2.1 我国研究现状分分析.61.2.2 国外外研究现状分分析.71.3 本章小结.9第2章 心电信号检测测原理与电路路设计.102.1 心电波形形产生原理理概述.102.2 心电导联联体系和发发展历程介绍.122.3 心电信号号检测电路路硬件设计要要求.132.4 心电检测测电路设计.152.4.1 保护护和滤波电路.152.4.2 缓冲冲电路.162.4.3 心电电导联差分放放大电路.172.4.4 滤波波放大电路.182.4.5 右腿腿驱动电路.192.5 模数转

10、换换电路设计.202.6 本章小结.21第3章 MCU及电源电电路设计.223.1MMCU电路设计.223.1.1LPC221388特性.223.1.2LPC221388电路设计.223.1.3 看门门狗电路设计.233.1.4 JTAG接口设设计.243.2 电源模块块设计.253.2.112V DC/DC电源设设计.253.2.2+5V与+7V稳压电电路.253.2.3-5V与-7V稳压电电路.263.3 本章小结.27第4章 蓝牙无线模块块设计.284.1 蓝牙技术.284.2 蓝牙协议.284.3MMCU与蓝牙模块块通信.294.3.1 蓝牙牙数据传输可可行性分析.294.3.2 蓝牙

11、牙模块选用.304.3.3AT指令介绍.304.3.4 蓝牙牙与MCU连接.314.4 测试与实实验.324.4.1 软件件应用程序.324.4.2 蓝牙牙配置.334.4.3 数据据通信.334.5 本章小结.34第5章 总结与展望.355.1 本文研究究工作总结.355.2 进一步的的工作和建建议.35 参考文献.36 附 录录.38 致 谢谢.40第1章绪论1.1课题的的来源及研究目的的和意义世界卫生生组织研究表明：20112 年心心血管疾病是造成人类因疾病死亡的 头号原因1，心脑血管引起的死亡在全球范围看来仍然排在前列，意味着每 每年由于心心血管疾病而导致死亡的人数比其其他疾病引起的死

12、亡人数都高。这这 几年来心血血管类疾病所所造成的死死亡人数虽然然有所下降降，但是心脏脏病作为一一种 常见疾病，而而且发作时时造成患者者死亡概率很很高，且病病情急迫，所所以心脏疾疾病 患者需定期期检测心脏电电位变化，以以确保疾病病处于可控控水平。在现现代医学中中， 心电图机是是诊断心脏类类疾病的首首选仪器，它可以检测测心脏兴奋时时的电位活活动 状况，虽然然它使用方便便，且检测测结果可靠，对对人体一一般无创伤性性损害，但但是 一般的心电电图机体积和和质量都较较大，且价格格不菲，每每次检查都需需要患者亲亲自 前往医院，这这对患者检检查带来了了不少经济负负担和耗费费时间。现如今，电电子技术发展展迅速。

13、计计算机技术和和电子技术术逐渐和临床床上的医 学问题相结合，为心电信号的检测和处理提供了方便的强有力的工具2。而 而这种新的的发明无疑可可以帮助患患者更好的了了解自己的的身体状况，因因为是采采用 无线蓝牙技技术，就就可以对对患者进进行不间断的的心脏电活活动状态的检检测，同时时可 以在后期的的诊断和治疗疗提供更有有参考价值的的资料，这这对于心脏疾疾病的预防防和 尽早早发现都都有很大大的帮助。可可以大大大的降低由心心脏功能能异常而引起的的死亡率。同时该该系统不需要要心脏病患患者呆在医院院，检测过过程随时都可可以进行，患患 者可以在家家中进行日常常的生活工工作，具有随随时检测即即使出结果的的优点。未

14、未来 的设计还可可以通过网络络将心电检检测资料从个个人传输到到医疗中心、社社区等，患患 者就诊时无无需拿着一堆堆的资料到到处奔波，这这不仅在方方便了生活的的同时对患患者 心脏病的预预防和临床检检查有很大大的参考价值值。通常医院院使用的的心电图图仪设计思路路都是通过过微机串并并口将心电监监测装置记录的数数据传输输到计算机上上进行数数据处理理，缺点点是其体体积一般般较大，质质量重，不具具备便携性。近年来出现的蓝牙技术3，可以较较好地解决数据传输问 问题题，将传传统的有有线传输转转化为无无线传输输，为产产品提供供良好的的便携性性。同时，蓝牙的的传输效率可可以达到每每信道7211kb 每秒秒4，符合一

15、一般的心电检测信 号数据的通信信要求，弥弥补过去因采集传输模模块的信道道数量少，和和处理机的的数 据交换速度度慢，采集系系统体积庞庞大、价格昂昂贵等缺点点。而近年来来，可穿戴戴设 备数量逐年增长，个人医疗设备也将向小型化、智能化发展5。医疗设备变 得越来越智能能有利于个个人小型医医疗设备的普普及，并且且使得设备的的使用方法更 为简便，有有利于老年人人和儿童用用户的使用。另外，现现如今移动互互联网的普普及 和网络传输输速度不断提提高，个人人智能医疗设设备可以通通过网络接入入到未来的的云 医疗系统中，个人医疗数据能够够上传到服务务器，这将大大促进医疗资源的的共 享范围，对对心脏类疾病的治疗提提供更

16、好的方法。我国的3G、4G 通讯网路路也 已经越来越越成熟，这为为智能医疗疗设备的发展展提供了可可能性。因此此，该款基基于 蓝牙的心电电便携式采集集设备具有有广泛的应用用空间和市市场需求。1.2 国内外外研究现状分析1.2.1 我我国研究究现状分分析我国的心心电记录录仪得到到质的发展展是在19778年4月引进Holtter监测技术 开始的6。一方面，从以前的磁带式记录仪器转变为现在比较先进，更加有 有利于保留留的固态式记记录的仪器器；另一方面面，升级后的十二导联联代替原来来的 单导和双导导心电记录系系统。随着着经济和科技技的进步，电电子技术已已深入到我我们 生活活的各个个领域，人们的需求不断提

17、高，从而设计这个便携式心电采集系统。该系统可以全天记录心电活动的过程，在不影响正常生活的衣食住行中，记录这不同状态的心电活动变化情况。研究表明，这种心电记录仪不仅 可以检测出常规心电图发现的疾病，甚至可以检测出常规心电图很难检测出的疾病，例例如心律律状态异常常和心肌肌缺血等等。同时时，这对对分析病病人的心心脏状态、心脏脏疾病确确诊和研研究治疗效效果等提供了了重要的参参考资料。而而在不久的的将 来，这种技术术将会成为为我国动态态监护设备的的发展方向向。图1-11便携式式心电监护仪我国不能能够大范范围的推推广便于携携带的心电监监护仪（如如图1-1所示）的原 因，有以下下几个方面7：心电监护护仪所能

18、能记录的的心电信息息过于简单：医生从中中不易得到患患者完整 的心电信息息，因此不能能全面了解解患者的实际际情况，从从而会影响医医生对心脏脏疾 病的诊断，由由此而造成成诊断率的的下降；价格格昂贵：便便携式监护仪仪的价格比比普 通监护设备备的价格高昂昂很多，一一般的患者难难以承受几几千甚至上万万的费用，这这 也是便携式式心电监护仪仪不能普及的原因之一一；参数不不够完善：便便携式心电电监 护仪的各种种参数，例如如立即性、质质量、耗电电量、智能能化程度等性性能还没那那么 完善，用户户利用设备进进行检测测时会遇到很多多麻烦。1.2.2国外研研究现状状分析二十世纪纪初，心电图图机首次被公布于世88，荷兰著

19、名的科学家威威廉艾 艾因特霍芬芬利用弦线电电流计的独独特方式收集集到人体的的心电信号从从而发明了了该心电图机机。19557 年美美国科学家 Holtter 制作作了有史以来来第一个动态态心电图设备。它不不仅携带带方便而而且还可以以随时记录心心电活动的的变化情况。这一创举举弥 补了心电图图监测时患者者长时间无无法移动的缺缺点，开辟辟了心电监测测的新领域域。 但是该设备备不足之处在在于，它只只能记录一次次心电图，但但该结果具具有偶然性性， 没有说服力力，所以需要要对设备进进行改进，使使其可以多多次记录并储储存。19611 年由DelMar最先将Holtter 系统统应用于临床，发达国家开始始大规

20、模地应用该该心电记录仪仪。在20世纪80 年代代，在动态态心电图机的的基础上，改改 进和发展了了心电检测设设备以及运运用更先进的的检测技术术，从而诞生了12 导联联 的测量方法法。在20000 年到20005 年，美国投投资了150 亿美元进行研研究远程的 心电监护系统，在此期间，欧盟在相关研究领域的投资达到了 177.5 亿美元。早早期的远远距离心心电图检检测系统统，主要要是通过过电话的的方式来传输心心电信号，方法是由由心电图图采集设设备检测ECG 的活活动情况然后后变成音音频信号，再 通过一个有有线电话网将将其发送到到监视部门，最最终会再再次转换成心心电信号，医医 生便可在计计算机上看到到

21、心电监测测的结果。图1-22欧姆龙HCG-801心电图图仪日本欧姆姆龙推出出的便携携式心电图图机HCG-801（图1-2）在20005年的夏夏 季市场开始始推广。该款款心电图仪仪器的电极有有手指电极极和胸部的电电极，只要要把 手指放置在在指电极上，而而左胸直直接接触到胸胸腔电极，心心电图就可以被测量量并 在液晶屏上上显示，还会会显示出诸诸如“心脏速速率较快，心心率似乎有有紊乱”和和其 它类型的信信息，对患者者进行疾病病的提醒，但但是该仪器器不能准确做做出诊断。它它 采用了心电电图噪声消除除技术，可可以有效去除除电气噪声声、手脚和肌肌肉因运动动，出汗等原原因造成成的漂移移。设备的的内存可连续采集

22、五次心心电波形，通通过心电电储存卡还可可记录采采集时间间。1.3本章小小结本章介绍绍了国内内外心电电检测设备备的发展现状状，从国内内外的研究看看来，心 电检测设备备价格依然较较为昂贵，显显示参数不不足，因此此具有广大的的发展空间间， 为顺应个人人医疗设备智智能化的趋趋势，设计一一款带有蓝蓝牙技术的心心电采集设设备 能有效地弥补补如今采集集系统体积积大、价格高高、患者使使用操作复杂杂等缺点，填填 补了市场空空白。第2章心电信号检测原理与电路设计2.1心电波波形产生原理概述心电图能能够体现现每个心心动周期中中，从窦房结结产生的兴兴奋按照一定定的传递 途径和顺序序依次传向心心房和心室室，从而造成成心

23、脏的跳动动。引起人人体心脏跳跳动 的电信号来来源、传播和和心脏电位兴奋恢复过过程中所发发生的生物电电波动情况况可 在人体上传传播，由于人人体具有导导电性，因此此，周期性性的去极化和和复极化的的这 种不断变化化的心脏电流流会流入人人体的身体部部位，但是是因为每个身身体部位接接受 到的的电量不不一样，所以会产生电位差，这些电位差会导致心肌发生心肌收缩，这样的收缩所产生的心脏活动能够被心电检测设备探测，只要把心电导 联电极片贴在皮肤的特殊位置，心电设备检测这些电位变化可判断心跳的频 率、节奏、心脏的兴奋起源、兴奋传导过程和兴奋传导途径有无异常心脏活 动，再经处理后记录到特殊的记录纸上，这样能生成一种

24、详细的心电图。心电图中中QRS 波群是心脏的细细胞除极而产产生的，T 波则反映映了复极的 过程程。一个个正常的的心电图图所应显显示的心心电波形形应该包包括 P 波、QRS 波群群和 TT 波三部分分。在心电图图中可以看出心脏所产生的电位位变化情况有有着一定的的周 期性，它的的一个周期代代表人体一一次心跳所产产生的心电电变化情况。下下面对心心电 波形（如图2-1所示）的的几个组成成部分进行简简单说明9。P 波：在心电波形形中首先先出现的一一个小二圆钝钝的波，即即为P 波，它它体现 的是心脏左左、右心房的的去极化过过程，反映从从心房开始始除极至心室室开始除极极总 共所需要的的时间，P波的宽度一般般

25、为0.0080.11秒，电压压不大于0.25毫伏。P-R 段：是指P 波起起点到QRS波群起起点之间的时段，起起点表示心心房除 极完完毕，终点表示心室除极极开始，从中可以测量量到心房 P-R 段反映兴兴奋通 过心房后向房室交界处处传导至心心室过程中的的电位变化化，但是这一一过程电位位的 变化化微弱，一一般记录不到到电位的的改变 P-R 段的持续时时间一般大概是 0.12-0.200秒。图2-11 心电电波形的形成QRS 波群：这个波波群可以反反映左、右心心室的去去极化进进程，在在这期间， 心脏电位的冲动会先到到达到心室室间隔的左侧侧面，从间间隔的里层朝着外层依依次 传传导。伴随着心室的不同位置

26、的按一定顺序除极而产生的三个波形叫做 QRS 波群。典典型的QRS 波包括三三个紧密连连接的心电波波形，分别是是幅值最开 始下降的Q波，接接着是幅幅值突然大幅上升的R波，然后后是幅值迅速降低的 S 波，但是是并非所所有心电电导联测量量到的心电波形都会包包含QRS波，一般般来 说说，QRS波群大约约会持续续0.006-0.1秒100。ST 段段：指的的是在QRS波群结束之后和T波产生前时时期线段，在在这期 间，心室进进入了较为平平缓的复极极时期，所以以此时心电幅幅度变化较较小，通通常情 况下这个波形形会和时间间轴处于水平状态，相对于上一个个波群结束束后向下下的偏 移量不大于0.005毫伏向向上的

27、偏移移量不大于0.1。T 波：是指紧紧接着QRS波群的是是一个幅值变化比较平平稳的稍微朝朝上增 加的波，体体现此时心室状态正在在向复极状态转变，这个个波形存在在的时间比比较 长。心室的的复极化是指指，心室细细胞膜的电位位慢慢地由由外壁的负电电位变为正电 位，细胞膜膜内壁的的电位又慢慢变成负负电位11，这个个阶段的电位位变化与心肌肌细胞的的活动相连，这这个期间心心脏的电位变变化较小，因此在心电电波形就会会显示持续时时间较长但变化化平缓的波波形。T波存在在的时间在0.0050.225秒左右。U 波：在上一一个波形结束之后再经过大约 0.02-0.04 秒的时间间，心脏会 产生生一个的的较宽但是幅值

28、大多都小于 0.05 毫伏的波形，持续时间大概有0.200s，通常情况下这个波形是因为心室舒张期间不同部位产生的负电流组 成的122。2.2心电导导联体系和发展历历程介绍在人体皮皮肤上使使用心电电电极和导联线来采集集心电信号号只是心电图形成的 第一步。心电电导联表示示在采集心心电活动情况况时，使用用特定材质制制造的线材和 贴在人体皮皮肤表面指定的检测部部位(正极端)与参照部位(负极端)的电极片和 接地部位的的连接方法。通过导联联线设备能够探测到心脏的电位变化，该变化可以被Holter 和 远距离心电监控等设设备记录;使用十二导导联线来检测可以更加整体地体现 心脏电位变化化的状态，这这种导联连接

29、方式主要用于做做常规静态心心电图检查查。19066 年，荷兰科学家威廉爱因托芬创建了标准双极肢体导联13即为 为在心电检检测过程中最常用的I、II、III导联I 导联联为体表电极极连接左臂(+) 和右臂(-)；II 导联联为体表表电极连连接右臂(-)和左腿(+)；III 导联为体表电极 连接左臂(-)左腿(+)19322年，路易斯和威尔逊创建了单极胸前导联，即为胸导，该导联体 系共有六六个体表电电极，名称分分别为V1,V2,V3,V4,V5,V6。V1 位于胸肋骨骨右 侧边缘第四四肋间隙（第第四肋骨至至第五肋骨间间）；V2位于胸肋骨左左侧边缘第第四 肋间隙（第第四肋骨与第第五肋骨之之间）；V3

30、位于置于V2和V4导联中间；V4 位于第第五肋间间隙与锁锁骨中线线的交点点处；V5 与 V4 导联联水平，位位于与腋腋前线 的交点；V6与V5导联水平，位位于腋中线交交点19422 年，戈戈德伯格科学家创创建了加压单极肢体导导联144。aVR 导联为右右手上臂臂(+)和左手上臂与左腿下肢(-)的中点连接；aVL 导联为左手上臂(+)和和右手上上臂与左下肢肢(-)的中点点连接；aVF 导联联为左腿腿下肢(+)和右手上 臂与左手上上臂(-)的中点点连接本系统的的设计采采用修正正的五电极极导联体系如如表2-2以及图2-3所示，采电极位置 标号 胸骨右侧锁骨中线第一肋间的空隙 RA 右侧锁骨中间位置剑

31、突水平处 RL 胸骨左侧第四肋间空隙 V 胸骨左侧与锁骨中线第一肋间的交点 LA 左锁骨中线剑突水平处 LL 用了I、II、III导联以及胸导电极极，并且设计计了右腿驱驱动电路。表2-22 电极极位置与标号号图2-33人体电电极位置2.3心电信信号检测测电路硬件设设计要求心脏在活活动的过过程中，能能够自发发生成特定性性兴奋电流流的细胞即心心肌自律 细胞。比如如窦房结、浦浦肯野细胞胞就会产生生生物电流，这这个电流在在人体表面面的 各个部位所所产生的电动动势也不同同，通过电极极连接人体体皮肤表面的的特定位置置， 通过导联线线采集信号所所形成的电电动势的变化化情况并记记录就成为心心电图155。心电信

32、号号的频率一般为 0.05 赫兹至 100 赫兹，幅度在 100V5mv 左右。心电电信号的的幅度很很弱小，而而且常常掺杂杂有人体的的肌电杂波信信号以及来来自外部的电电流杂波。在心电信号提取的过程中比较不容易完成的是在如此多 外界干扰中中采集微弱的的信号，这这也是心电信信号采集设设备设计的关关键点之一一。 本文的系统统能顺从市场场的发展前前景，将采集集设备的体体积做得足够够小，并且且采 用了低压供供电系统，能能较好地保保护使用者的的安全。通通过采集位于于人体左臂臂、 左腿、右臂臂、右腿以及及胸导联电电极的心电信信号。本系统的的设计应应具有医医疗专用设设备的特性，同同时又需需考虑到使用用者为家

33、庭用户，所所以除了仪器器设计需科科学性和先进进性之外，还还应考虑到到安全性。对对 仪器的体积积，价格，性性能，操作作方法都应考考虑到使用用者的需要。本本文设计计的 心电采集模模块作为家庭庭个人医疗疗设备，应便便于不了解解专业设备操操作方法的的人 员进行使用用，同时又可可以为专业业医生提供可可靠的检查查结果，而且且利于医生生对 患者做出诊诊断，所以本本系统的总总体设计要求求如下：设备应对对人体无无损伤，方方便非专专业医生人员员进行使用用；高度智能能化和自 动化，即使使出现操作失失误也不会会对使用者造造成严重伤伤害；体积和和质量都用用做 到便于携带带和保存。在整个系系统中，心电信号的采集模块非常重

34、要，信号的好坏也取决于 此，因此采采集电路的设设计应兼顾性能与稳定定性。本文文系统的总体体设计框图图如 图图2-4所示：图2-44系统框框图从图 22-4 可以以看出，采集电路主主要由以下几几个部分组组成：采集电电极、保 护电路、信信号缓冲电路路、导联差差分电路、滤滤波电路、模模数转换电电路。放大大以及滤波电电路的设设计将会会影响心电电信号采集的的质量，所所以一定要严严格要求放放大器的各项项参数。心电检检测电路从从人体的体表表检测到电电位变化，通过放大、滤滤 波和将模拟的的信号转化为数字信信号的芯片后，经过ARM7 内核的LPC21138 处理，将数数据发送至蓝蓝牙通信模模块，数据被主机接收收

35、后即能显示示出波形。2.4 心电检检测电路设计2.4.1 保保护和滤滤波电路路在临床上上，心电电电路除除了单独用用于检查心电电以外，还可能要与其其它医疗 设备同时使使用，例如高频电刀、除颤器等，在家庭使使用时还可能能有其他用用电 器也同时使使用，这些电电器的输出均为高电压压；而且在在使用时人体体还有可能能产 生静电，为了了防止对芯芯片造成损损害以及保证证电路安全全正常运行，在导联输输入前级采用用过压保保护，如图2-5所示。D100021+7V-7V3输入R1105R1006输出出LP1001C1033图2-55 保护护和滤波电路图2-55中，LP101为R0775XA 陶瓷瓷气体放电电三极管，

36、三三极管拥有两两个端 电极 a、b，和两个瓷管。三极管管内用惰性气体填满管子的内部，陶瓷气 体放放电管组成高压保护单元，能够抵抗 75V（正负 200%）的电压冲击和5KA 冲击电流。当加载在三极管的电压超出其保护的额度值时，三极管内 会自动短路，并“吸收收掉”会造造成危险的电压，从而而防止后级电电路和使用用者 出现事故。双开关二二极管D100内部有两个个二极管，D100的2端和1端分别别加上7V 电压，当3端的电压大于+7V或者小于-7V时，其中一个个二极管管将会近 似短路路，电压将会被被限制。相反，当3 端电电压在-7V+7V之间时时，两个个二 极极管均截止止近似开路，电电压通过R1006

37、 到后后级。所以以，D100的作用是将3 端的电压限限制在-7V+7V之间。R1055 和C103构成RC 低通滤波电路路，当有高频（如1MHz）杂波信号 干扰时，此时时高于低通通截止频率率，杂波信号号会经过C1003 近似短路到地，得得 以滤除。2.4.2 缓缓冲电路路输入缓冲冲器采用电压跟跟随器电路，能能够避免人体与导导联电路的直接相连 接。在图2-6 中，心电信号输入入到U1011A即LF44F 低功耗耗四通道精密放大 器中，该放大大器和LM148 放大大器具有有相同的的带宽、频频率、增增益，并并且只需需 有其其四分之一一的供电电电流即即可正常常工作。U1011A 构成的其中中一路缓缓冲

38、放大 器，它具有有高输入阻抗抗，低输出出阻抗，增益益为“1”的特性。设置缓冲冲放大器器的第一个优点是能够提高放放大器的输输入阻抗，防止导联 与人体皮表接接触时所产产生的电阻阻而引起的信信号衰减，提提高采集心心电信号时的 共模抑制比比和心电描记记幅度，另一方面，设置缓冲器器电路耗能提提供较低的输输出阻抗可可确保有效地驱驱动后级导导联电路工作作。-7VC12002输入3114+7V1输出U1011A CC1211图2-66 缓冲冲器电路2.4.3心电导导联差分分放大电路导联检测测电路采取了优优化的五电电极导联体系。用电极极片贴在人体体表面的 任何两个地地方上再用特特制的导导线分别于与心电图机的正端

39、和负端端连接，便可可 观察体表两处处心电电位位的活动情情况。在人体体的任意三三个肢体上安安置电极，由 于人体左边边的肩膀和右右边肩膀以以及臀部离心脏的距离类似相等，因因此在人人体 表面上假想想出一个等边边三角形，心电信号从心脏出来来后，能够迅迅速均匀地在 体腔腔传播， LA、RA 和 LL 三点形成一一个等边三三角形，即“爱氏三角”，如图2-7所示，同同时，假假设心脏产产生的电偶向向量位于此此等边三角形形的中心。RAIILARA -I+ LLA-IIIIIIIIIIII+LLLLL图2-77 爱氏氏三角示意图在电路中中，LA 和 RA 差分分放大为为导联 I，如图 2-8（a）所示示，RA、L

40、A、LLL和V差分放放大为胸导联联，如图2-8（b）所示示。CB1CCB2R1244R1225R1226R1127-7VC134442617导联RA3LA8+7VU1033A CC13555U1003B（a）CB7CB88R1577R1558R1559R1660RARR1211LARR1222LLRR1233V-7V4238+7VC14441U1066A CC145567胸导导联V5U1106BB（b）图2-88 心电电导联电路（a）II导联电路（b）胸导联电电路2.4.4 滤滤波放大大电路因为心电电信号的的幅度比较小而且具具有一定的的周期性，在在心电的检检测期间 会被环环境电气、患者的肌电电

41、等方面面的影响响，而且信信号中常常常伴随着频频率为50Hzz的工频干扰，所以要精确检测心电信号需要设设计独特的电路对采集集到的信号滤除不不相关的波形，并设计合适放大倍数的电路对其放大大，然后后再经 过带通滤波电路后才得到0.005Hz-100HHz心电信号。如图2-9所示，经过差分放大器器后的II导联信号，再经过过R1339和C139组成的RC滤波电电路后，流入入带 通滤滤波器，通频带设设置在0.005Hz-1000Hz之间，然后经过U1088A和后级缓冲器电路输出出。R1766C1777R1777R1399R1400C17336R1733-7V4R18997缓冲器输出输入带通滤波波器5 U1

42、108AA8C1899C1399+7V图2-99 滤波波放大电路2.4.5右腿驱驱动电路路在检测的的过程中中，患者者如果直接接接地可能会会导致患者者触电，从而而对患者 造成伤害，所以需要防防止人体的的直接接地。但但是假如如在信号检测测的过程中中， 由于人体的的电容影响，在在患者身身上可能会产产生很大的的共模信号，这这些干扰扰会 影响心电图图的准确度，在在没有质质量良好的滤滤波放大器器的条件中，人人体接地地又 是降低该信信号影响的最最直接方法法。所以，为为了消除这这种干扰信号，需要设设计 一一款在防止止共模信号对对检测结果造造成影响的的同时可以以避免患者直直接接地的的电 路。如图2-10所示的电

43、路路即可实现现这一目的。图图中放大大器，可以检检测50Hz的 频率干扰，将将该干扰信信号给患者者，从而消除除不必要的的信号。信号在经经过两个个20K的等值电阻后，可可以计算算得到交流流共模信号的平 均值，这个个平均值有利利于针对性性地对信号进行处理，然然后经过数数字控制模模拟 开关后再流入右腿驱动电路对信号进行反相放大，通过限流电阻R1220把信 号接入右腿腿电极，该电电路能够避免工频影响响，提高共共模抑制比，在人体和和大 地地的电位差超过一定额度的时候候，运算放大大器会打打到饱和和状态，从从而后级电路发生危危险。图图中输入入信号LLB、LAB、RAB是经过缓缓冲器后的的心电信号。RA1332LLB LABB LLLB RRAB LABB RAABR1199R1188R1177R1166R1155R1144数 字 控制