基于STM32芯片和TFT-LCD的便携式心电图仪设计.doc

基于STM32芯片和TFT-LCD的便携式心电图仪设计便携式心电图设备的出现使心电信号能够在更多场合进行采集，它既可以实现可移动化，又可以实时的对心电信号进行分析。通过内置大容量存储器件能够对患者进行长时间的实时监护，并记录患者的心电数据，通过USB接口与PC机进行数据传输，以提交到专业医疗机构做进一步分析和诊断。1、系统整体设计概述系统原理框图可以用图1表示。心电信号由电极获取，送入心电采集电路，经前置放大、主放大、高低通滤波、电平抬升后，得到符合要求的心电信号，并送入到STM32的ADC进行AD转换。为了更好地抑制干扰信号，在电路中还引入了右腿驱动电路。系统控制芯片采用STM32，TFT-LCD的触摸功能加上少量按键可以建立良好的人机交互环境，可以通过LCD实时显示和回放，采用SD卡可以存储24h的心电数据，数据通过USB可靠地传输到PC机，以便对心电数据做进一步的分析。系统主要划分为三大部分：心电采集电路，主要完成心电信号的提取;带通滤波及主放大电路，用于调理采集到的信号，使之符合处理要求;STM32处理电路，完成心电信号的显示、分析、存储和数据传送功能。2.1、心电采集电路心电采集电路是整个便携式心电图仪的核心，直接决定整个系统性能的好坏。心电采集电路主要包括：输入缓冲及前置放大、右腿驱动、高低通滤波器、主放大和电平抬升。体表心电信号的频率主要集中在0.05100Hz，幅度为10V4mV，典型值为1mV，是一种低频率的微弱双极性信号。而STM32的ADC输入端电压范围是03.3V，因此需要对心电信号进行放大和电平抬升，总体放大倍数约为1000倍，然后再通过电平抬升电路抬高1V左右。心电测量中，实际的电极不可能完全对称，这样将会引起基线漂移现象，还有无处不在的电源工频干扰（50Hz），肌电干扰等，这些都要求心电前置放大器必须有很高的共模抑制比。一般要求共模抑制比在80dB以上。心电前置放大电路及右腿驱动电路如图2。（未画出放大器的正负电源）本设计选用INA118仪表放大器作为系统前置放大器，它具有低噪声、低漂移、高共模抑制比、高输入阻抗等特点，它的增益可达1000倍，计算公式为G=1+50k/Rg。电极极化电压最大可达300mV，为了防止前置放大器进入截止或饱和状态，必须限制其放大倍数，这里增益取10，由G=1+50/Rg得出Rg=5.6k，外部电阻Rg选用阻值为5.6k的精密线绕电阻。由于人体的阻抗和心电电极阻抗非常大，所以在前置放大前设计了一级跟随作为信号缓冲。为了更好地抑制50Hz干扰，采用右腿电极经电阻与放大器接地端相连，以降低人体的共模电压。