采用ADS1293的低功耗便携式心电图仪硬件设计
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摘要：本文设计了一种基于TI公司推出的24位、3通道低功耗心电前端模拟芯片的心电图仪硬件电路，这种电路设计可以解决分立
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关键词：心电图仪；ADS1293；低功耗
DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.6.016
随着现代社会的高速发展，人们生活水平不断提高的同时，生活节奏变快，生活压力也不断增大。随着人们心理加压的提高，身心负荷的长期超载，使得人类心脏疾病发生率也越来越高，成为威胁人们健康甚至生命的重要杀手之一。所以，人们对于心脏疾病越来越重视，常规心电图机较难在心脏疾病早期发现异常心电图。因而人们需要通过长期的心电监测来保证身体健康。同时，受到电池容量、电子器件等瓶颈的限制，低功耗、便携式心电图仪是解决长期心电监测的关键。兼顾以上特点，本文基于低功耗器件ADS1293、配合TI公司的低功耗单片机MSP430F5505，实现了低功耗便携式心电图仪硬件设计。
总体结构设计
人体心电信号非常微弱，其幅值一般为50μV～5mV，频率范围0.01Hz～250Hz。人体心电信号极易受到其它信号的干扰，如皮肤阻抗造成的极化电压的干扰，呼吸阻抗造成的基线的干扰，情绪及外界刺激引起的肌电干扰等等，其中工频干扰尤为明显。因此心电前端的模拟电路设计对于心电图仪采集系统尤为重要。
如图1所示，本设计通过ADS1293集成芯片的模拟电路对信号处理后，经过ADC采样，之后通过SPI传给MSP430F5505单片机，单片机对数据进行处理，将心率异常事件存储到MSP430F5505的FLASH中，回放事件时通过MSP430F5505自带的USB功能将心率异常事件传给PC机，在PC机上显示心率异常事件趋势图。
基于集成芯片ADS1293的心电前端电路设计
基于人体心电信号的特点，需要前端模拟采集电路有足够大的输入阻抗、足够高的共模抑制能力、较宽的电压动态范围。因此采用CMRR>100dB、输入电压动态范围达±400mV、内置EMI滤波器的ads1293，既能达到前端模拟电路的设计要求，又可以简化电路减小仪器体积降低仪器功耗。ADS1293内部结构框图如图2所示，ADS1293可分为EMI滤波器、控制开关、仪表运放、Σ24位数据转换等部分。
在设计时，人体左右手电极RA、LA分别与ADS1293的IN2、IN1连接，左右腿电极LL、RL分别与ADS1293的IN3、IN4连接，人体胸导联电极V1与ADS1293的IN5连接，威尔逊中心端WCT与ADS1298的IN6连接。通过SPI控制ADS1293内部控制开关，可以实现I、II、V等3个心电通道的实际采集。根据导联计算公式，可以计算出III、aVR、aVF、aVL导联的数据。原理图如图3所示。
心电数据的采集处理与上传
本设计的控制单片机采用TI公司的MSP430系列低功耗单片机MSP430F5505，通过SPI接口从ADS1293中将3通道数据读出，对接收到的24位原始数据进行滤波处理，滤除由于人体呼吸、肌电、工频等原因产生的干扰信号，并对波形数据进行分析，将异常波形出现的时间作为事件存入到单片机的FLASH中，由于MSP430F5505单片机主频可达到24MHz，数据滤波不会对数据接收产生影响。
通过MSP430F5505单片机的USB功能将FLASH中存储的事件发送到PC机上，这样就可以在PC机上看到被测者心率异常事件的趋势图，被测者可根据趋势图来判断是否需要就医，达到简便快捷的发现早期心脏病变的目的，为心脏疾病的治疗争取时间。
结语
本设计采用低功耗心电前端集成芯片ADS1293采集心电信号与超低功耗单片机MSP430相结合，实现了一种超低功耗的动态心电图仪采集电路。由于ADS1293的高度集成，整个电路可以限制在2cm*2cm大小范围内。功耗可限制在5-10mA范围内，利用单节碱性电池可以实现2～3天的事件数据存储。方便实用。可以广泛应用到家庭、社区，有着广泛的应用前景。
参考文献：
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