1、作品简介 

    心电监测仪可随身携带、可对个人心脏进行随时随地监护，其检测原理与医院使用的心电图机原理一样，但其具有携带方便、操作简单、及时检测以及自适应调整ECG显示幅度等优点，为心脏疾病的早期检测和亚健康人群进行预防提供了有效的检测手段，为医生提供病人相关的有效信息。 

PCBA焊接板图片 

                                    

 

作品的主要模块及优点： 

    ①本作品通过三导联的方法采集人体的心电信号，将其依次通过前置放大、高通滤波、50Hz陷波、主放大和低通滤波电路，便可以在示波器上得到较清楚的心电图。 

②该电路具有高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、低温漂和高信噪比等特点,很好地满足心电采集设备的要求，且简单可靠，可行性强。 

2、作品亮点 

    人体心电信号及其微弱，通常只有几个毫伏，一般检测仪器很难检测出如此低数量级的信号，加上人体各组织器官发出的信号干扰，检测出心电信号就更困难了。 

    ① 此心电检测仪检测部分电路板采用高精度，低功耗仪表放大器AD620和四运放运放LM324，信号处理部分采用MSP430F149低功耗处理芯片，速度快，精度高，能实时显示心电图波形。 

    ② 相比较于网上商城的便携式心电检测的售卖价格高达几百上千，此检测仪电路板成本便宜，电路板制作费加上元器件总价不超过100元，价格低廉。 

    ③ 具有携带方便、操作简单、及时检测以及自适应调整ECG显示幅度等亮点。 

3、系统架构图 

 

                                                                                  

 

 

4、各部分原理图及详细介绍 

① 前置放大器 

     前置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。本次实验设计的前置放大电路如下图1所示。 

图1   AD620前置放大电路（10倍） 

根据系统设计要求采用高精度仪用放大器AD620。AD620是一种只用一个外部电阻就能设置放大倍数为1—1000的低功耗、高精度仪表放大器。尽管AD620由传统的三运放放大器发展规律而成,但一些主要性能却优于三运放、构成的仪表放大器设计,电源范围宽(±2.3V--±18V),设计体积小,功耗非常低(最大供电电流仅为1.3mA)因而使用于低电压、低功耗的应用场合。 

所以设计出的前置级放大倍数为：AD620的增益约为10。 

②右腿驱动电路 

    人体接地是造成触电事故的一个重要原因，因此取消人体接地是最根安全用电措施。人体接地本来就是在没有高质量的放大器情况下采取少共模信号的应急措施。测量心电图时，如果病人右脚不接地，由于杂散分布电容的影响，病人身上将会产生很高的共模电压。因此，最理想的方法是设计出一种既能减少共模干扰又能取消人体接地的电路。右腿驱动的工作原理是将由人体体表获得的共模电压通过负反馈放大的方式输回人体，从而达到抵消共模干扰的作用，从根本上抑制共模电压。 

③高通滤波电路 

 由于心电信号微弱，需要多级放大，而多级直接耦合的直流放大器虽能满足要求，但多级直接耦合的直流放大器容易引起基线飘移。此外，由于极化电压存在的缘故，动态心电图机的直流放大器更不能采用多级直接耦合。本装置中，如图2，在两级放大器之间采用RC耦合电路，即时间常数电路，在隔离直流信号的同时达到高通滤波的效果。我们取时间常数约为3.2s，这样可确定电阻、电容值，在两级之间组成高通滤波器。 

                                                       图2   二阶高通滤波电路 

④50Hz陷波电路 

 心电信号由于频率低、信号小，因此50Hz的工频干扰特别严重。工频干扰信号通过周围仪器设备以及人体内的分布电容混淆在心电信号之中，影响测量效果。为了去除人体或者测量系统中的工频50Hz干扰，需要用带阻滤波器（即陷波器）予以抑制。 

由前面前置放大器的设计可知，本系统通过右腿电路和放大器AD620自身的特性，实现了对心电信号中的共模干扰较好抑制，但还是有部分50Hz工频干扰顺利通过了前置放大器，仍保留在了心电信号中。由于50Hz工频干扰是心电信号中的主要干扰，并且它的频率正好处在0.05～100Hz的频带范围之内，再加上其它的不稳定因素，剩余的工频干扰信号还比较强，因此，必须设计相应的电路将它们滤除。所以，为了将心电信号频带范围之内的50Hz工频干扰信号滤除，同时保证其它信号毫无衰减地通过，在本系统中必须设计一个陷波器（即带阻滤波器），它负责完成抑制50Hz工频干扰信号，而让其他频率通过。经过研究比较，采用的是二阶压控电压源带阻滤波器（巴特沃斯响应），其具体电路如下图3所示： 

 

图3    50Hz陷波电路 

⑤主放大电路 

 由于心电信号的幅度很小，一般只有1mv左右，而系统进行模数转换的芯片的电压输入范围是0～5V，因此，仅仅靠前置放大电路所实现的10倍放大还远远不够，还需要增加一级主放大电路来提高整个心电放大电路的增益，因此，该电路还需要一个100放大的主放大电路，最终实现心电信号的1000倍放大，将1mv信号放大成1V的转换要求。所设计的主放大电路如下图4所示： 

                                                     图4  100倍主放大电路 

⑥低通滤波电路 

 由于电磁干扰越来越严重，所以心电信号在采集过程中不仅有50Hz的工频干扰和低频、直流分量的干扰，还有高于100Hz高频谐波的严重干扰，有必要进行低通滤波电路的设计。本设计采用的低通滤波电路为二阶压控电源型低通滤波器拓扑结构，其电路图如下图5所示： 

图5  二阶低通滤波电路 

5、PCB原理图 

                                                                                 

                                                      心电检测模块PCB                                                          正负3.3V电源PCB 

 

6、作品设计过程中的问题及总结 

     刚开始调试的时候对三导联心电电极的人体粘贴位置没有科学的了解和认识，导致心电波形有些许失真，幅值波形没有达到理想高度，没有充分利用到单片机A/D转换的处理范围，后来在导师的耐心帮助下，找到了合适的位置，对检测结果也比较满意。毕竟我们学生的知识和能力有限，遇到困难要及时向别人请教，汲取教训，积累经验。 

 

7、视频演示