基于單片機的便攜式心電圖儀的研究

1 引言

隨著我國城市人口老齡化程度的加快,隨著物質生活的改善,心血管、心臟病一類疾病也在不斷的增長,人們對這一類疾病的預防和診斷的需求也在增長。因此,人們希望有一種醫療儀器,能夠在家里隨時隨地進行心電圖信號的測量,并且把心電圖信號記錄下來,做大概的判斷,在方便的時候到醫院讓醫生作進一步的診斷。對于情況嚴重的患者或行動不便的人,希望能夠利用網絡通信的先進技術,立即把測量的心電圖信號通過遠程傳送的方式,傳送到指定的醫院由醫生進行診斷。作為一個醫生，在門診和查病房時，也希望有一個可以隨身攜帶的心電圖儀器，方便疾病的快速診斷。

有鑒于此,根據目前的微電子、單片機和計算機技術,我們通過對現有心電圖儀器的應用狀況進行了調查,利用單片機研制成功一種便攜式心電圖儀,由LCD液晶顯示器以圖形的方式顯示心電圖。并通過RS-232串行接口與計算機相連接,可以實現網絡信息遠傳,是一種新穎的臨床和家庭兼用的心電圖儀。

2 儀器性能

1）儀器結構形式 便攜式,二節5#電池供電

2）電極結構 固定式愛因霍文三角形結構的標準導聯

3）圖形顯示方式 由單片機控制的LCD液晶顯示器以圖形的方式顯示,圖形可以放大、縮小、移動和存儲

4）通信方式 以單片機的串行接口與計算機的RS-232相連接,由計算機通過互聯網進行遠程傳送

3 心電圖儀的組成

3．1.硬件組成

圖1 便攜式心電圖儀的硬件組成

·心電圖電極

心電圖電極是由銅質金屬構成,呈愛因霍文三角形結構,可以直接放置在人體的胸部，以標準導聯的方式獲得心電圖信號。

·心電圖信號處理電路

心電圖電極獲取的心電信號電壓非常微弱，只有1mV左右，需要對此信號進行放大，一般要放大幾千倍，變換成0-5V，便于進行A/D變換。

·單片機系統

單片機系統用于接收心電圖信號處理電路傳送來的0-5V電壓信號，把模擬電壓信號變換成數字信號，并對信號進行處理后以圖形的形式在LCD液晶顯示器上顯示，并且把測量的心電圖信號通過自身的串行口傳送出去。單片機應具有低電壓、低功耗的特點，一般8位單片機能夠滿足要求。LCD液晶顯示器采用點陣式圖形顯示器，128×64點陣的液晶顯示器基本能完整地顯示心電圖的波形，由于該種類型的LCD液晶顯示器本身帶有驅動器，因此單片機可以方便地進行控制。

·計算機系統-1

計算機系統-1是一臺普通的PC機，通過RS-232串行口，采集到單片機發送來的心電圖信號，通過高級語言編寫程序，在PC機上顯示心電圖的波形，存儲和打印心電圖的信號。并通過互聯網把信息遠程傳送到遠端的計算機，供遠程診斷用。

·計算機系統-2

該計算機通過互聯網訪問計算機系統-1，能實時觀察到遠端患者的心電圖信號，通過心電圖波形的分析，實現醫療遠程診斷。

3．2.軟件組成

便攜式心電圖儀的軟件由單片機、計算機及遠程通訊三部分組成。

3．2．1 單片機軟件

·數據采集 對心電圖信號處理電路傳送來的0-5V模擬電壓信號變換成數字信號，并進行數字濾波等處理，得到有效的心電圖數字信號。

· 圖信顯示 根據人體心臟跳動的速度，實時地以圖形的形式在LCD液晶顯心電圖波形，并且可以使圖形放大、縮小、移動和存儲。

·串行通訊 通過單片機本身具備的串行口，設置恰當的波特率，把心電圖信號以串行方式傳送出去。

3．2．2計算機軟件

應用VB高級語言，從RS-232口獲取心電圖實時信號，在顯示器上顯示心電圖波形。利用PC機的功能，對心電圖信號進行分析、存儲、打印記錄。利用互聯網把心電圖信息發送到網絡上。

3．2，3遠程通訊軟件

在遠端的計算機，應用遠程通訊軟件，在網絡上實時獲得心電圖信號，供醫生在遠端進行遠程診斷，在兩臺計算機之間必須實現具體的約定。

4 心電圖信號的測量

心電圖是從人體體表記錄的心臟電位變化曲線，反映了心臟興奮的產生、傳導和恢復過程中的生物電位變化。心電圖典型的波形圖如圖2所示。