石盼　金豪祎　孫京文

【摘 要】針對(duì)現(xiàn)有心率檢測(cè)器體積大，攜帶不便等不足，使用了TI公司的AD8232芯片，分析了如何用其提取生物電信號(hào)，采用STM32作為微控制單元處理生物電信號(hào)，最后將信號(hào)傳給顯示屏顯示波形和心率等參數(shù)，數(shù)據(jù)還可以通過(guò)藍(lán)牙進(jìn)行傳輸，方便了后續(xù)手機(jī)APP開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該檢測(cè)器不僅可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體的心電信號(hào)，而且功耗低，成本小，具備無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能。

【關(guān)鍵詞】心率；檢測(cè)；STM32；低功耗；藍(lán)牙

心血管病是國(guó)民第一位死亡原因，其高發(fā)病率、高患病率、高死亡率以及高疾病負(fù)擔(dān)特點(diǎn)，已經(jīng)成為我國(guó)面臨的重大公共衛(wèi)生問(wèn)題[1-3]。中國(guó)正面臨著越來(lái)越嚴(yán)重的老齡化，在年紀(jì)大的人群結(jié)構(gòu)中心血管病的發(fā)病率也越高，加上嚴(yán)重失調(diào)的人醫(yī)比例，解決問(wèn)題迫在眉睫。監(jiān)護(hù)儀是一種24小時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)病人的生理參數(shù)，檢出變化趨勢(shì)，并與已知設(shè)定值進(jìn)行比較，檢出變化趨勢(shì)，指出臨危情況，供醫(yī)生應(yīng)急處理和進(jìn)行治療的依據(jù)，使并發(fā)癥減到最少達(dá)到緩解并消除病情的目的[4-5]。本設(shè)計(jì)利用TI公司最近推出的AD8232心電信號(hào)處理芯片，配合高性價(jià)比的STM32單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)了心電信號(hào)的采集及信號(hào)處理，檢測(cè)器使用低功耗OLED顯示屏顯示心電波形，并采用藍(lán)牙4.0傳輸模塊將數(shù)據(jù)上傳到電腦上位機(jī)軟件進(jìn)行顯示。

1 方案設(shè)計(jì)

本次研究的心電監(jiān)護(hù)儀能實(shí)時(shí)的顯示波形，并通過(guò)藍(lán)牙將心電數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)，在上位機(jī)上同時(shí)顯示心電波形。方案設(shè)計(jì)原理框圖如圖1所示。

整個(gè)方案可分為以下幾個(gè)模塊：

1）心電采集模塊：采用了3導(dǎo)聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)I方式，在做前端心電的濾波、陷波等采用了高度集成化芯片AD8232。

2）心電信號(hào)處理模塊：采用了STM32F103做MCU，主要完成了心電數(shù)據(jù)的A/D轉(zhuǎn)換、軟件濾波、OLED顯示、藍(lán)牙傳輸。

3）藍(lán)牙傳輸模塊：采用了藍(lán)牙4.0功能的低功耗的HC-05藍(lán)牙主從一體機(jī)模塊，具有傳輸速度快、穩(wěn)定，而且功耗低的優(yōu)點(diǎn)。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 心電采集模塊

AD8232中的儀表放大器設(shè)計(jì)用于施加增益并同時(shí)濾除近直流信號(hào)。這使得它能夠?qū)⑽⑿CG信號(hào)放大100倍，同時(shí)抑制高達(dá)300毫伏的電極失調(diào)。為實(shí)現(xiàn)失調(diào)抑制，應(yīng)在儀表放大器的輸出端、HPSENSE和HPDRIVE之間連接一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。

2.2 藍(lán)牙傳輸模塊分析

本次研發(fā)選用了HC-05藍(lán)牙主從一體機(jī)模塊。HC-05是一款高性能的藍(lán)牙傳輸模塊，采用的是CSR主流藍(lán)牙芯片BC417143，支持藍(lán)牙V2.0協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，串口模塊工作電壓3.3伏，工作電流在配對(duì)時(shí)為30毫安，但在配對(duì)完成后在通信中電流降至8毫安，具有低功耗性能、尺寸小、抵抗干擾的能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。支持的藍(lán)牙帶寬寬，可以與藍(lán)牙筆記本電腦、PDA等支持藍(lán)牙2.0協(xié)議的設(shè)備進(jìn)行無(wú)縫連接。HC-05主要應(yīng)用于民用，包括一些汽車(chē)電子、智能家居和可穿戴式設(shè)備。如圖3所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

STM32F103RBT6內(nèi)部集成的12位ADC是一種逐次逼近型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，通道多達(dá)18個(gè)，可以測(cè)量16個(gè)外部和2個(gè)內(nèi)部信號(hào)源，這些通道的A/D轉(zhuǎn)換可以單次、連續(xù)、掃描、間斷模式執(zhí)行，ADC的結(jié)果數(shù)據(jù)以左對(duì)齊或右對(duì)齊的形式保存在16位的數(shù)據(jù)寄存器中。ADC的輸入時(shí)鐘由PCLK2經(jīng)分頻產(chǎn)生，其時(shí)鐘頻率不得超過(guò)14兆赫茲。本次研發(fā)ADC模塊數(shù)據(jù)主要通過(guò)DMA（直接內(nèi)存存?。男碾姅?shù)據(jù)緩存區(qū)ECG_DATA_buf中讀取。ADC程序設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示：

4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

在心電采集模塊測(cè)試時(shí)將心電采集模塊上的RL、RA、LA分別與心電模擬儀RL、RA、LA通過(guò)導(dǎo)聯(lián)線相連，將心電采集模塊的輸出端與MCU核心板的心電模塊預(yù)留接口相連，通過(guò)OLED能正常顯示心電。如圖5所示。

如圖6所示為整體測(cè)試產(chǎn)品圖：

5 結(jié)論

針對(duì)現(xiàn)有心電監(jiān)護(hù)儀存在的不足及其實(shí)際要求，使用集成AD8232心電信號(hào)處理芯片實(shí)現(xiàn)心電的采集經(jīng)微控制器STM32處理傳到OLED顯示，并采用藍(lán)牙4.0傳輸模塊將心電信號(hào)數(shù)據(jù)上傳到電腦上位機(jī)軟件進(jìn)行顯示。本次研發(fā)的心率檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)了低功耗，便于攜帶且可以藍(lán)牙無(wú)線傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，將其用于實(shí)際生活中取得了較滿意的效果。

【參考文獻(xiàn)】

[1]孫偉，王小偉.心電監(jiān)護(hù)儀操作與維護(hù)保養(yǎng)的臨床指導(dǎo)[J].醫(yī)療裝備，2015，27（9）：72-73.

[2]薛詩(shī)靜，高帥鋒，周平.可穿戴式心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備， 2015，30（1）：6-9.

[3]梁金玉，楊巍，郭胭脂.新型心電監(jiān)護(hù)儀設(shè)備管理帶的研制與臨床應(yīng)用[J].重慶醫(yī)學(xué)，2016，45（22）：3127-3128.

[4]李紅利，劉元建，張榮華，等.基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的社區(qū)心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015（1）：64-67.

[5]吳兆強(qiáng)，彭龑?zhuān)喂庹?基于Android的便攜式心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技通報(bào)， 2016，32（6）：51-56.

[責(zé)任編輯：田吉捷]