无线通信的心电监护系统设计论文

无线通信的心电监护系统设计论文

1系统总体设计

1.1信号采集模块

心电信号属于低频、微弱和强噪声背景下的自然信号，为了提取有用的心电信号，使得前置放大电路应具有高共模拟制比、高输入阻抗、低噪声和低温漂等特点。为了更进一步提高前置放大电路的共模拟制效果，采用了右腿驱动电路。心电信号的频带范围主要分布在0.05～100Hz，为了在复杂的信号中提取出有用的心电信号，采用了四阶低通滤波器和二阶高通滤波器。虽然前置放大电路对共模干扰有很强的抑制作用，但是仍有小部分50Hz的干扰信号没有被滤除，再加上外界干扰和不可避免的因素存在，使得提取的有用信号中仍然有较强的50Hz工频干扰，因此设计了50Hz陷波器。此时为了后期对提取的有用心电信号进一步处理，符合A/D转换器的输入电压，需要进一步对信号进行放大，采用了二级放大电路。其整体结构如图2所示。

1.2信号的控制与传输

信号的接受与发送采用的是TI公司经过几次优化的CC2530，该芯片适应于2.4GHzIEEE802.15.4的RF收发器，具有极高的接受灵敏度和抗干扰能力，可编程的输出功率高达4.5dBm，且连接简单，外电路只需接少量器件即可。微控制器选用的是MSP430F149用来实现对收发状态信息的读写。

1.3电源供电模块

电源是各个模块必不可少的部分，各个模块所使用的电压也有所不同，本次设计包括信号采集模块电源设计、信号发送模块电源设计、信号接收模块设计和串口的电平转换模块。其中信号采集模块使用的运放有AD627、OPA333和OPA2333，其所需电压为-3.3V，信号发射与接收模块采用芯片MSP430F149、CC2530F64，所需电压为+3.3V。可以用三节干电池（4.5V）来供电，对其进行电平转换。

（1）对运放AD627、OPA333和OPA2333而言，需要将4.5V转换为-3.3V，所采用的是ADM660芯片，可外加少量的器件即可实现电平的转换，简单易行。对MSP430F149、CC2530F64需要将4.5V转换为+3.3V，可用电荷泵MAX1759实现。具体电路图所示：

（2）信号接收模块需要与电脑连接，从电脑端口的USB接口获取+5V的电压，需要将5V电压转化为+3.3V电压，才能使单片机正常工作，本次设计采用芯片LM1117实现。

（3）接收器接收的信号要通过RS-232串口传给电脑，但串口的`TXD和RXD的电平为正负3伏到正负15伏之间，而单片机的输出电平为0～＋3V之间。必须要进行电平转换，可用芯片MAX3232PCE来实现，该芯片所需电压为5伏，可直接由电脑USB接口供电且只需接少量器件即可实现[3]-。

2软件设计

(1)选用CC2530芯片具有低功耗的特点，采集到的心电信号通过串口通信，用Labview进行分析。由于Labview具有的高效率的信号处理模块和友好的可操作界面。如下图的心电信号采集登录系统界面。

(2)Labview具有众多图形化的通信模块和信号的采集、分析、处理等方便简洁。可以减少电路的外围器件，提高电路的稳定性和可靠性，另外labview还具有对采集到的信号进行有效的保存和回放功能，可以方便医疗人员随时对心电信号进行查看比对。

3结论

本文主要设计了基于无线网络的心电监测系统。其中硬件部分包括信号采集、滤波、放大、处理、发设、接收等。通过实验对系统进行了多次仿真测试、结果表明该心电监护系统能够正确采集、存诸、处理心电信号。使得医生能够实时、准确地了解患者心脏的活动状况，能够在突发时刻采取相应的措施，以减少死亡率。