基於ADS1293及單片機控制的可攜式低功耗心電信號採集系統

2021-01-08 OFweek維科網

　　心電信號是一種由心肌收縮而產生，並可提供心臟生理功能變化信息的生物電信號，將測量電極放在身體的不同部位，把不同體表的電位差變化記錄下來，就得到了心電圖(ElectroCardioGram，ECG)。由於易於檢測且直觀性較好，在臨床醫學中得到較為廣泛的應用)。然而傳統心電信號採集設備體積較大，不便於實時獲取心電信號。因此研究可攜式、低功耗的心電信號採集系統有重要意義。本文以低功耗模擬前端ADS1293為基礎，結合MSP430系列低功耗單片機設計了一種可用於超低功耗和微型化的心電信號採集系統。

　　1系統硬體設計

　　心電信號採集系統主要由信號採集前端ADS1293和MSP430單片機控制電路組成。工作原理如下：電極提取的人體心電信號，首先送入ADS1293做適當的放大後進行模/數轉換，變成數位訊號。然後通過SPI接口送入MSP430單片機進行分析和處理，最後通過單片機的USB接口送到可攜式顯示設備實時顯示波形。

　　圖1系統總體設計框圖

　　1.1信號採集前端ADS1293

　　ADS1293是美國德州儀器公司(TI)用於生物電勢測量的3通道、24位集成模擬前端，它能夠針對特定的採樣率和帶寬對每個通道進行設定，使用戶能夠針對性能和功耗來優化配置。其還具有交直流斷線檢測(Lead_offDetect)、電池電量監控和自我診斷報警等功能，內置有ECG應用所需的右腿驅動電路租Wilson/Goldberger終端。ADS1293內部結構與外部引腳的連接方式如圖2所示，從信號的流向可劃分為信號輸入接口、信號處理單元和信號輸出接口等部分。

　　圖2ADS1293原理圖

　　(1)信號輸入接口。信號輸入引腳從IN1～IN6共有6個，全部輸入引腳都包含一個電磁幹擾(EMI)過濾器以濾除射頻噪聲。系統採用5導聯連接方式，即右臂(RA)、左臂(LA)和左腿(LL)分別連接到IN1、IN2和IN3引腳;共模探測器(CMdetect)取得RA、LA和LL的平均電壓用作右腿驅動(RLD)放大器的輸入，右腿驅動放大器的輸出再返回到右腿(RL)端，一起從IN4引腳輸入。右腿驅動電路的作用是控制病人的共模水平，提升系統的交流抑制比;威爾遜網絡(WCT)的輸出連接到IN6引腳，與連接到IN5引腳的V1(胸電極)一起作為CH3通道的差分信號輸入。

　　(2)信號處理單元。主要由儀用放大器(INA)、∑△調節器(SDM)和低通數字濾波器(DigitalFilter)3部分組成，主要作用是將差分模擬電壓信號轉換成數位訊號。儀用放大器是一個具有高輸入阻抗的運算放大電路，主要有兩個作用：1)對差分信號起一定的放大作用。2)提供高輸入阻抗，以便從ECG電極獲取更大的輸入信號。儀用放大器的輸出信號送入∑△調製器進行模/數轉換，∑△調製器是基於過採樣的一位編碼技術，輸出反映了輸入信號幅度的一位編碼數據流。低通數字濾波器由3個可編程的5階sin型濾波器組成，∑△調製器的輸出由低通數字濾波器處理後，即可得到N位編碼輸出。

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