基于HOLTEKMCU的心電儀遠程監(jiān)控設(shè)計

1、    基于holtekmcu的心電儀遠程監(jiān)控設(shè)計    王曉勤+郜發(fā)磊摘 要：目前的心電監(jiān)測系統(tǒng)為心臟病人診斷和治療提供了一個有效的手段。但是由于設(shè)備昂貴、系統(tǒng)拓展性差；心電波形辨認的專業(yè)性強等原因，不適合一般人使用。本文討論了一種基于holtek mcu利用紅外熱電堆溫度傳感器ztp135進行體溫檢測顯示；利用led和蜂鳴器進行聲光報警；借助可靠、成熟的移動通信網(wǎng)絡(luò)，提出了以最直觀的中文短消息實現(xiàn)遠程報警的方法。關(guān)鍵詞：holtek mcu；心電儀；傳感器；遠程控制0 引言伴隨著生活水平的增高，人們對健康就有了很高的要求。心臟疾病已成為危害人類健康和

2、生命的主要疾病之一，目前的心電監(jiān)測系統(tǒng)為心臟病診斷和治療提供了一個有效的手段。但是由于設(shè)備昂貴，系統(tǒng)拓展性差，心電波形辨認的專業(yè)性強，不適合一般人使用1。為了減輕經(jīng)濟負擔及更好地了解自己的身體狀況，我們設(shè)計了具有ecg顯示、體溫顯示及應急遠程報警心電信號檢測功能的顯示儀。本設(shè)計特點基于holtek mcu集心電信號顯示及體溫檢測為一體，并能實時遠程報警，操作簡單，使用者無需專業(yè)知識便可知道自己的身體情況是否健康，便于普通家庭使用。1 系統(tǒng)的構(gòu)成系統(tǒng)主要分為三部分：其一，心電信號的采集與顯示；其二，利用紅外熱電堆溫度傳感器ztp135進行體溫檢測顯示；其三，利用發(fā)光二極管和蜂鳴器進行聲光報警，借

3、助可靠、成熟的通信網(wǎng)絡(luò)，以短消息實現(xiàn)遠程控制。系統(tǒng)主要有ht46f49e單片機2、tc35i通信模塊、鍵盤輸入模塊、液晶屏、溫度傳感器ztp135、at24c02存儲器及聲光報警器等。2系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)收集主要是人的體表溫度。測量過程中，在人體的體表安放一個探頭，通過導線接到心電儀的放大器上，通過電位差值的大小就知道人體心電信號，從而還原成心電曲線圖。測量時在人體的手或腳內(nèi)側(cè)面貼上探頭，為了保證測量的準確性，我們對測量探頭規(guī)定表示符號和導線的顏色。本設(shè)計采用如下導聯(lián)方式：（1）la：放大器同相輸入端 （+）；（2）ra：放大器反相輸入端（-）；（3）rl：放大器的參考點（0）。3 前置放大電路

4、的設(shè)計因為電信號不僅微弱，且對其波形清晰度要求也頗高，所以應該具有輸入阻抗較高、共模抑制比高、漂移小、噪聲小、非線性度小，合適的頻帶及一定動態(tài)范圍等特點。因此選用ad620集成儀放大器。4 系統(tǒng)濾波電路的設(shè)計根據(jù)本設(shè)計的指標要求，需要通過0.05hz以上、105hz以下的電波，且不能通過50hz的干擾波。所以必須要用到低通、高通及帶阻濾波器3。（1）低通濾波器的設(shè)計為使濾波更好，其一，設(shè)計用二階濾波電路，在能得到同樣的數(shù)據(jù)指標下，采用電路結(jié)構(gòu)較為單一的濾波器，如用濾波sallen-key電路，但是在模擬仿真時，濾波效果與多重反饋型濾波電路具有一定差距，所以這里最終選擇多重反饋型lpf。相比于s

5、allen-key電路，多重反饋型濾波電路的高次諧波要小一些，而且高頻衰減特性要好一些。（2）高通濾波器的設(shè)計截止頻率為0.05hz的低通濾波器的加入，促使心電信號的有用信號通過，濾除低于心電頻率的信號干擾，為了達到好的濾波效果，在設(shè)計上使用高通多重反饋型濾波電路，但電路仿真后效果卻沒有增益為1的sallen-key高通電路，所以最終使用sallen-key電路。連接方式為sallen-key電路使用反饋輸入端直接輸出端反饋，如此電路可達到增益為1的高通濾波效果。（3）帶阻濾波器的設(shè)計指標要求，加入陷波器以消除50hz工頻干擾。在帶阻濾波器的選型上，為了達到較好的效果，考慮電路結(jié)構(gòu)的簡略化，選

6、用具有雙t正反饋的電路。雙t電路被廣泛地應用在零值網(wǎng)絡(luò)中，由于q值始終保持在1/4，可通過引入正反饋來消除。（4）加法器與主放大電路的設(shè)計由于心電信號十分微弱，所以在信號采集之后，我們設(shè)計了一級前置放大電路，但其放大倍數(shù)依舊達不到在lcd上顯示的幅值，所以必須設(shè)置主放大電路。因為單片機的輸入不支持負電壓，所以還需要設(shè)置一級加法器電路，以便將負電壓提到0點以上，為解決實際電壓的幅值，程序編寫時要將直流電壓減去檢測到的電壓。為增加放大電路增益，增益值可設(shè)置為1000倍，以促使采集的電壓信號最大為4mv。5 體溫的檢測由于人體電阻會對測量帶來一定的誤差，為了保證測量的精準性和可靠性，在設(shè)計中主要解決

7、的問題是：信號如何放大、非接觸式測量、環(huán)境溫差等。鑒于此，我們在設(shè)計中采用了ztp135傳感器和op07運算放大器，對數(shù)模轉(zhuǎn)換問題及控制系統(tǒng)使用ht46f49e單片機。6 鍵盤輸入設(shè)計方案為了方便相關(guān)人員現(xiàn)場讀取達到精準的測量結(jié)果，我們需要解決的問題是：計算機不在外界干擾下工作、上電復位的準確度及單片機i/o口的占用。我們據(jù)此把鍵盤設(shè)計調(diào)整成矩陣式，在每一個鍵之后加入水平線和直線且在相交的地方不給予直接相連。如此，我們既解決了端口的占用還可以架構(gòu)成2*2=4個按鍵，同時通過顯示屏直觀的還原出現(xiàn)場的體溫度數(shù)和心電信號圖形。7 lcd液晶顯示屏的設(shè)計方案利用液晶顯示屏12864lcd來顯示所檢測的

8、心電信號波形和人體溫度。在鍵盤輸入過程中對所寫入的狀態(tài)進行顯示。12864lcd模塊內(nèi)部存儲了字符、字等，還可以用來展現(xiàn)圖形，本系統(tǒng)就是用它來顯示波形。其中1為高電平、0為低電平。8 存儲部件設(shè)計方案為了解決對報警記錄信息、人體溫度存儲問題，本系統(tǒng)采用了能夠保證掉電數(shù)據(jù)不丟失的片外存儲器at24c023。at24c02特點：（1）該芯片是采用了i2c總線的存儲器，大大省掉了mcu端口的引腳與電路板上的布線范圍。（2）at24c02采用了二線制協(xié)議串行總線（i2c總線）及其傳輸規(guī)約進行雙向傳輸，傳輸速度增快。9報警系統(tǒng)由于正常的心電圖波、段、間期與非正常的波、段、間期存在微小的差異，因此醫(yī)生便通過對各波、段、間期的分析來判斷病人的情況。在本設(shè)計中我們也將對所采集的心電圖形的波、段、間期進行分析、比較，得到相應數(shù)據(jù)，再進行處理，通過tc35i通信模塊利用網(wǎng)絡(luò)遠程報警。10 結(jié)束語本文以holtek mcu單片機為主控，接收采集信號和信號處理均由單片機來實現(xiàn)，通過判別人體的心電信號是否正常，系統(tǒng)更好地將心電信號和溫度值較為直觀地展示到lcd屏上，使操作者能觀察心電波的變化與體溫變化；若單片機接收到與正常人體溫度值和心電信號不一致的信號時，系統(tǒng)控制將通過網(wǎng)絡(luò)模塊實現(xiàn)短消息提示，使用戶無論身在何處，家里人都可以通過短信了解其