基于虛擬儀器的家庭

由于人們生活水平的提高、生活節奏的加快和環境污染等一系列因素的影響，心臟病、高血壓等心腦血管疾病進入高發期，這類疾病的發作具有隱藏性、突發性和極大危險性，一般需要通過心電監護儀對心電進行實時監護。若病人在家進行心電監護既可緩解醫院病床、醫護人員等醫療資源的壓力，又可減輕病人的經濟負擔，本文正是在這種背景下設計了一個基于虛擬儀器的家庭心電監護系統。

1 心電信號的硬件采集電路
通過體表電位提取出的心電信號屬于強噪聲背景下的生物電信號，它具有一般生物信號的特點：1)信號強度微弱；2)不穩定性；3)低頻特性；4)隨機性。在利用電極采集心電信號的過程中，常常摻雜著各種各樣的噪聲。由于心電信號比較微弱，極易受到外部環境的影響。來自心臟以外的人體器官也會產生生理信號，這種生理信號會嚴重干擾心電信號的識別，甚至完全湮沒心電信號。還有，外部機器設備的信號噪聲干擾等，都會對心電信號的測量、波形識別和病癥診斷帶來不利影響。

本系統硬件電路設計如圖1所示，首先由體表前置電極采集心電信號，經放大電路放大(包括前置放大和次級放大電路)，心電濾波電路濾波(低通和高通濾波電路)，50Hz工頻陷波器陷波濾除工頻干擾，最后經數據采集卡采集輸入計算機，進行后期處理，其中還包括檢測電極是否脫落電路。
1．1 前置運算放大電路
為了克服測量生物電時伴隨的較強的共模干擾(主要是50Hz干擾)，在生物電放大器的前置級通常采用差動放大以提高共模抑制比。

1．2 次級放大電路
由于前置運算放大器的放大倍數有限(一般不大于30倍)。信號放大倍數不足，在實際應用中往往要求輸出信號為伏級，需要次級放大電路，又由于經前置運算放大器放大的信號變為反相，因此采用反相比例放大電路。則，最終輸出信號與輸入信號同相。

本設計中反相放大器的放大倍數為30。與前置放大器的放大倍數相疊加后，總的放大倍數可達600倍，可以將毫伏級的心電信號放大到伏級，并處于0V到1．8V之間。
1．3 心電信號濾波電路
為使電路具有較窄的過渡帶和較好的濾波效果，本文采用壓控電壓源二階低通濾波電路進行濾波，電路如圖4所示。該電路由兩級RC濾波器串聯和同相放大電路組成。其中同相放大電路實際上就是所謂的壓控電壓源，它的電壓增益就是低通濾波的通帶電壓增益。

由于心電信號微弱，且頻率為0．5～100Hz，需要多級濾波，必須設計高通濾波電路，這里采用壓控電壓源二階高通濾波器。電路如圖5所示。