心电监护仪设计实验报告.pdf

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心电监护仪的设计实验报告

一、设计任务与要求

1、设计一个标准导联的心电信号采集、处理和显示系统。

2、能记忆当前时刻前若干秒的数据，由设计者确定参数。

3、数据回放功能。

4、软件数字滤波，计算瞬时心率，并在LED数码管上显示出来。

5、报警参数设计，通过软件实现当心率输入大于某个固定值时，报警装

置工作。

二、总体方案论证

采集到的心电信号有如下特点：信号弱、信噪比低、信号源阻抗大、电磁

干扰大、信号频率低等特点，然后经过放大滤波电路，放大滤波电路由前

置放大电路、后级放大电路、滤波及功率放大电路组成，此时得到的是放

大的模拟信号，需要转换成数字信号，因此要再经过A/D转换，得到数字

信号，再经单片机系统处理，最终在LED液晶屏上显示。总体方案设计流

程如图所示

人体

前置放大器右腿驱动电路

+5V电源

高通滤波

50Hz陷波

主放大器

低通滤波

。

1

AD转换

。

单片机最小系统

键盘

LCD液晶显示屏

三、硬件电路设计

（1）前置放大电路

前置放大电路是心电信号采集的关键环节，由于人体心电信号十分微弱，噪声强

且信号源阻抗较大，加之电极引入的极化电压差值较大，因此，通常要求前置放

大器具有高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、低漂移、非线性度小、合适的频

带和动态范围等性能。为达到心电放大器的上述技术要求，本设计选用了AD公司

的仪表放大器AD620作为前置放大器的核心器件，并且采用了差动输入的方式。

同时考虑到心电信号中混杂着比其幅度大得多的直流信号，太大的前置放大器增

益会影响电路的直流稳定性，为了保证前置放大器不工作在截

止区或饱和区，因此设计的第一级放大倍数为10倍，如下图所示

（2）右腿驱动电路抗干扰

）

电路的共模抑制比主要由心电前置放大器决定，而AD620的140dB（G＝10）的共

模抑制比符合我们的设计要求。为了进一步提高前置放大器的共模抑制比同时抑

制50HZ工频干扰，设计了由ＴＬ０８４以及Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５和Ｃ１构成

激励系统电路。人体的共模电压被两个阻值相等的电阻Ｒ２、Ｒ３检测出，经过

ＴＬ０８４将其倒相、放大并反馈到人体上。这是个负反馈，其使共模电压降低。

人体的位移电流不流到地，而是流到运放输出电路。就心电放大器来说，这样就

减小了共模电压的拾取，并且有效地使病人接地。

(3)高通滤波电路

由于电极极化电压的不平衡、前置放大器的失调漂移以及人体动作等因素，前置

放大器输出的心电信号中除了夹杂不少工频干扰外，还有很大的直流或低频分

。

2

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量，这不仅会引起心电信号的基线漂移，也不利于后续电路的处理，因此设计了

一个二阶巴特沃斯高通滤波器来滤除这些直流和低频分量，如下图所示。由于心

电信号频率下限为0.05Hz，为了不损失其低频分量，高通滤波器的截止频率设定

为0.05Hz。具体参数设计为：fc＝０．０５Ｈｚ，AV＝１，C2＝C3＝20uＦ，

R14＝112.5ＫΩ，R6＝225.1ＫΩ。

(3)50Hz陷波器设计

50Hz工频干扰是心电信号的主要干扰，虽然前置放大电路对共模千