心电测量模块的设计
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本论文主要介绍了心电测量模块的设计。首先进行人体心电信号的采集,然后对采集到的心电信号进行放大、滤波及 A/D转换等相关处理。该设计的核心部分采用了低功耗、高精度的AD620作为前置放大级。前置放大器后,运用低通和高通滤波器对心电信号有效频率外的干扰进行滤波,并且采用了RC双T网络构成的陷波器,对50Hz的工频干扰进行抑制。在信号处理的过程中,电路存在着很大的共模干扰,本设计采取了右腿驱动、屏蔽驱动及浮地跟踪等共模抑制电路来进行抑制,这不仅减少了电源50Hz的工频干扰,也降低了周边环境可能造成的干扰。A/D转换模块采用了AD0809芯片,通过AT89S51单片机的控制,实现对心电信号的数字转换。整个电路设计简洁,经联机调试,运行良好,效果显著,能够达到心电测量模块的要求。
论文的主要内容
该论文主要讨论心电测量模块的设计过程,以心电信号的传输途径为主要线索展开论述。将从人体体表采集到的微弱的心电电位变化,进行放大、滤波及A/D转换等处理。由于心电信号被淹没在周围环境的强大噪声和干扰中,而且是一种微弱的信号,因此,该论文主要对如何减少或消除这些干扰,这也是心电测量模块的设计中的关键问题。根据心电测量模块的基本要求,阐述了共模抑制电路和滤波等来实现对干扰信号抑制的方法和过程,并对结果进行了分析。
总体介绍
心电信号十分微弱,常见的心电频率一般在0.05-100Hz之间,能量主要集中在17Hz附近,幅度小于5mV。
电极采集到的心电信号首先进入前置放大级。前置放大级可以提高整个放大电路的输入阻抗,降低输出阻抗,这样就可以在后面的匹配电阻网络中得到幅值较高的信号。心电放大器的前级增益不能过大。由于信号源内阻可达几十、乃至几百,所以,心电放大器的输入阻抗必须在以上,不仅要求输入阻抗,对CMRR也要有80dB以上的共模抑制比。
在检测生物电信号的同时存在强大的干扰,干扰来源主要是50Hz工频干扰。电源工频干扰主要是以共模形式存在,幅值可达几伏甚至几十伏。如何避免这些干扰也是心电放大器设计所必须考虑的问题。因此需要对这些噪声进行滤波。对这些噪声的滤波需要用到低通、高通滤波器和50Hz带阻滤波器。ECG的低通滤波器通常情况下截至频率选择在100Hz以下。ECG的高通滤波器通常情况下截至频率选在0.05Hz以上。再经过二级放大电路及A/D转换,通过系统调试,最后得到放大、无噪声干扰的心电信号。
各模块功能
本电路设计主要是由六部分构成。
第一是心电信号采集.心电信号通过标准导联电路用电极采集。
第二是放大电路。放大器是硬件电路的关键所在,设计的好坏直接影响信号的质量,从而影响到仪器的特性。前置放大电路的放大倍数大约在10倍左右,其原因是刚提取的人体心电信号所含噪声较多,干扰较大,通常采用差动三运放电路。
第三是抑制共模信号电路。在文中使用了右腿驱动、屏蔽驱动、浮地跟踪电路,不仅可以消除其中的共模电压,还能提高共模抑制比,使信号输出的质量得到提高。
第四是高频、低频信号滤除的电路及50Hz陷波电路。由常识得知,常见的心电频率一般在0.05-100Hz之间,能量主要集中在17Hz附近,幅度微小,大概为5mV,所以要对0.05-100Hz以内的信号进行保护,从而把0.05-100Hz以外的高频信号全部滤除。其次本设计采用了RC双T带阻滤波电路,可以有效的滤除电源工频产生的50Hz的噪声。
第五是二级放大电路。由于心电信号经一级放大仍比较小,所以需要二级放大,得到可以测量的信号。
第六是A/D转换电路。在文中采取了AD0809芯片因为得到的信号通常经过计算机处理及显示,所以要将得到的模拟信号转变为计算机可以识别的数字信号,就要用A/D转换模块来实现
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