基于51单片机的低成本心电监护系统设计

1 引言
   虚拟医学仪器充分利用计算机丰富的软硬件资源，仅增设少量专用软、硬件模块，便可实现传统仪器的全部功能及一些传统仪器无法实现的功能，同时缩短了研发周期。本系统由两部分组成：以C8051F320单片机为核心的数据采集装置和以PC机为平台的分析处理系统。设计中充分考虑数据采集装置体积小、功耗低、操作快捷的要求，因此全部采用SMT封装的元器件。PC监护终端通过USB接口接收数据，传输速率高；采用图形编程语言LabVIEW编写显示、存储、分析处理等功能程序。该系统可实时监护并提供心动周期，心率等参数，也可进行数据的存储回放，为心血管疾病的诊断提供依据。系统的软件开发和硬件与上位机软件的集成测试表明，系统运行稳定可靠，取得了预期效果。
   2 系统硬件设计
   该系统由C8051F320数据采集模块和PC机两部分组成，如图1所示。
   数据采集模块主要由心电采集电路和基于C8051F320单片机的DAQ接口卡构成，如图2所示。
   
   该模块通过C8051F320片上A/D转换器采集经预处理的心电信号，再将其由USB总线传输至PC机显示。PC机部分主要是软件设计，包括通过C8051F320单片机片上USB主机API函数和LabVIEW软件编写数据采集图形用户界面；实现接收、显示和处理由数据采集模块通过USB接口发送采集数据的程序。LabVIEW应用程序和C8051F320应用程序均采用Silicon Laboratories公司的USB Xpress开发套件的API和驱动程序实现对底层USB器件的读写操作。
   心电信号属于微弱信号，体表心电信号的幅值范围为1~10 mV。在测量心电信号时存在很强的干扰，包括测量电极与人体之间构成的化学半电池所产生的直流极化电压，以共模电压形式存在的50 Hz工频干扰．人体的运动、呼吸引起的基线漂移，肌肉收缩引起的肌电干扰等。采用遥测HOLTER三导联线和一次性心电电极与人体接触，能很好地减小运动和呼吸引起的肌电干扰。前端放大器采用具有极高共模抑制比(CMRR)的仪用AD620放大器，放大倍数约为50倍；并采用0．05~100 Hz的带通滤波器和50 Hz的陷波电路，抑制信号