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引言
医生是根据心电图对患者进行心脏病诊断和治疗的，但是目前在医院中使用的心电设备一般体积较大、费用较高，患者需要到医院进行心电信号的监测，但是至少在下述几种情况下患者采集心电信号是不方便的：1、由于心脏病是一种慢性疾病，患者平时在家中监测病情，需要一种家用心电信号采集设备；2、有一些患者在平时心电图是正常的，只有在发病时心电图才异常，而发病持续的时间很短，等患者到了医院可能心电图已经正常了，所以需要一种能够随时进行心电信号采集的设备；3、在一些特定情况下需要采集和监测心电信号，例如记录人在运动状态时的心电图。这些情况表明需要一种家用的、低成本的心电监测仪。
心电检测的方法很多，在这里，我们只对左右手臂心电信号的差值进行模拟放大、滤波、数据采集和处理，同时在右腿添加驱动，这个方案操作简单，也适合于在出行时使用。
家用式心电监测仪具有体积小、功耗低、采样速度快的特点，包括：（1）模拟电路对心电信号进行放大、滤波；（2）微控制器对其进行采样、数据处理和数据传输；（3）计算机显示心电图及心率。
模拟电路设计
心电信号一般会在0.25mV～5mV的范围内变化，为了检测心率，需要保留0.3Hz～50Hz频段范围内的心电信号，心电信号处理电路如图2所示。
第一级是在AD8236的反馈路径中加一个积分器，使这个环节具有高通滤波器的特性，这个特性可抑制心电信号中的直流成分，一阶高通滤波器的3dB截止频率为0.34Hz，增益为5。第二级是比例环节，增益为11。第三级放大器是一个二阶低通贝塞尔滤波器，低通滤波器3dB截止频率为49.6Hz，放大器增益为3.9，电路的总放大倍数为220 ，所以心电信号即使是5mV，放大后也不会使线路饱和，如果是0.25mV，心电信号经放大后也足够大，不影响后级的数据处理和分析。参考电极(右腿)接参考电压，是为了抑制共模的心电信号。
ADuC7026数据处理
ADuC7026采用600Hz采样频率对放大后的心电信号进行A/D转换，设计一个notch滤波器，将50Hz的干扰从心电信号中去除，从心电信号中提取心率信号，通过UART串口以115200bps的波特率将心电信号传输给计算机，在计算机上显示出心电波形和心率计算值。以上计算过程是在定时中断处理程序中进行。
notch滤波器是将50Hz的干扰从心电信号中去除，滤波器的传递函数为，工频信号对心电信号的影响也会很小。
一般在threshold1以上的部分为R波的部分，并且在每次心跳中只有一部分处于threshold1之上；在threshold2以下的部分为S波的部分，并且在每次心跳中只有一部分处于threshold2之下。将处于threshold1之上的部分和处于threshold2之下的部分作为识别心跳的标志，具体方法如下。定长（1.5s）更新Max和Min，并计算threshold1和threshold2。记录处于threshold1之上的连续点的个数，如果点数在一定范围内，则认为找到一个R波，然后开始寻找S波。记录处于threshold2之下的连续点的个数，如果点数在一定范围内，则认为找到一个S波，计算R波与之后的S波之间的距离R_S_diatance，若距离R_S_diatance处于一定的范围内，则认为找到一个心跳波形。计算本次心跳与上次心跳之间的距离diatance并存储，利用最近4次计算所得的diatance计算。
实验结果
用心电信号发生器作心电发生源，在计算机上实时显示的心电信号与心率输出如图4所示，心电波形正确，心率显示稳定，所以该心电监测仪达到了设计要求。
结论
本文所提供的心电信号检测方案可以准确检测心率，并可以比较准确地实时显示心电信号波形，实现了家用式心电监测仪体积小、低成本的要求。
参考文献:
1. 陈平、罗晶.ADuC702x系列嵌入式系统原理及应用[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2009.7
2. 何小庆.嵌入式系统在医疗电子市场的机遇和挑战[J].电子产品世界，2009.7
3. 夏德钤、翁贻方.自动控制理论[M].北京：机械工业出版社，2004.1
4. 郑君里、应启珩、杨为理.信号与系统（第二版）下册[M].北京：高等教育出版社，2000.5
5. ADuC701/20/21/22/24/25/26/27/28/29.http://www.analog.com/en/processors-dsp/analog-microcontrollers/aduc7026/processors/product.html
医生是根据心电图对患者进行心脏病诊断和治疗的，但是目前在医院中使用的心电设备一般体积较大、费用较高，患者需要到医院进行心电信号的监测，但是至少在下述几种情况下患者采集心电信号是不方便的：1、由于心脏病是一种慢性疾病，患者平时在家中监测病情，需要一种家用心电信号采集设备；2、有一些患者在平时心电图是正常的，只有在发病时心电图才异常，而发病持续的时间很短，等患者到了医院可能心电图已经正常了，所以需要一种能够随时进行心电信号采集的设备；3、在一些特定情况下需要采集和监测心电信号，例如记录人在运动状态时的心电图。这些情况表明需要一种家用的、低成本的心电监测仪。
心电检测的方法很多，在这里，我们只对左右手臂心电信号的差值进行模拟放大、滤波、数据采集和处理，同时在右腿添加驱动，这个方案操作简单，也适合于在出行时使用。
家用式心电监测仪具有体积小、功耗低、采样速度快的特点，包括：（1）模拟电路对心电信号进行放大、滤波；（2）微控制器对其进行采样、数据处理和数据传输；（3）计算机显示心电图及心率。
模拟电路设计
心电信号一般会在0.25mV～5mV的范围内变化，为了检测心率，需要保留0.3Hz～50Hz频段范围内的心电信号，心电信号处理电路如图2所示。
第一级是在AD8236的反馈路径中加一个积分器，使这个环节具有高通滤波器的特性，这个特性可抑制心电信号中的直流成分，一阶高通滤波器的3dB截止频率为0.34Hz，增益为5。第二级是比例环节，增益为11。第三级放大器是一个二阶低通贝塞尔滤波器，低通滤波器3dB截止频率为49.6Hz，放大器增益为3.9，电路的总放大倍数为220 ，所以心电信号即使是5mV，放大后也不会使线路饱和，如果是0.25mV，心电信号经放大后也足够大，不影响后级的数据处理和分析。参考电极(右腿)接参考电压，是为了抑制共模的心电信号。
ADuC7026数据处理
ADuC7026采用600Hz采样频率对放大后的心电信号进行A/D转换，设计一个notch滤波器，将50Hz的干扰从心电信号中去除，从心电信号中提取心率信号，通过UART串口以115200bps的波特率将心电信号传输给计算机，在计算机上显示出心电波形和心率计算值。以上计算过程是在定时中断处理程序中进行。
notch滤波器是将50Hz的干扰从心电信号中去除，滤波器的传递函数为，工频信号对心电信号的影响也会很小。
一般在threshold1以上的部分为R波的部分，并且在每次心跳中只有一部分处于threshold1之上；在threshold2以下的部分为S波的部分，并且在每次心跳中只有一部分处于threshold2之下。将处于threshold1之上的部分和处于threshold2之下的部分作为识别心跳的标志，具体方法如下。定长（1.5s）更新Max和Min，并计算threshold1和threshold2。记录处于threshold1之上的连续点的个数，如果点数在一定范围内，则认为找到一个R波，然后开始寻找S波。记录处于threshold2之下的连续点的个数，如果点数在一定范围内，则认为找到一个S波，计算R波与之后的S波之间的距离R_S_diatance，若距离R_S_diatance处于一定的范围内，则认为找到一个心跳波形。计算本次心跳与上次心跳之间的距离diatance并存储，利用最近4次计算所得的diatance计算。
实验结果
用心电信号发生器作心电发生源，在计算机上实时显示的心电信号与心率输出如图4所示，心电波形正确，心率显示稳定，所以该心电监测仪达到了设计要求。
结论
本文所提供的心电信号检测方案可以准确检测心率，并可以比较准确地实时显示心电信号波形，实现了家用式心电监测仪体积小、低成本的要求。
参考文献:
1. 陈平、罗晶.ADuC702x系列嵌入式系统原理及应用[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2009.7
2. 何小庆.嵌入式系统在医疗电子市场的机遇和挑战[J].电子产品世界，2009.7
3. 夏德钤、翁贻方.自动控制理论[M].北京：机械工业出版社，2004.1
4. 郑君里、应启珩、杨为理.信号与系统（第二版）下册[M].北京：高等教育出版社，2000.5
5. ADuC701/20/21/22/24/25/26/27/28/29.http://www.analog.com/en/processors-dsp/analog-microcontrollers/aduc7026/processors/product.html
