基于MSP430和SD卡的心电信号采集系统设计

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摘 要： 介绍一种心电信号采集存储系统，该系统利用MSP430F5529串行接口总线与SD卡相连，解决了便携式生理信号监测系统长时间对人体健康检测所产生的大量数据问题。USB接口与文件系统设计，使得写入SD卡的心电数据能够在上位机中得到正确访问，方便进一步处理和分析。该系统适用于大容量的现场采集、存储和读取，并在便携式心电监护仪上得到了应用。经实验，该系统完全满足要求，实现了对人体心电信号实时采集、显示、存储以及后期分析。

关键词： MSP430F5529； SD卡； FAT16文件系统； 心电图

中图分类号： TN911.7?34； TP368.1 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）21?0020?04

Design of ECG signal acquisition system based on MSP430 and SD card

XIA Lan， JIA Xiaodong

（School of Biological & Medical Engineering， Southeast University， Nanjing 210096， China）

Abstract： An ECG signal acquisition and storage system is introduced， in which MSP430F5529 serial peripheral interface （SPI） bus is connected to SD card in this system to solve the mass data problem generated from long time human health detection by portable physiological signal monitoring system. The design of USB interface and file system makes the ECG data written into the SD card can be accessed correctly in the host computer， and then processed and analyzed further. This system is suitable for large capacity on?site collection， storage and read， and has been applied to the portable ECG monitor. The experimental results show this system can meet the requirements entirely， and realize the real?time acquisition， display， storage and later analysis of human eletrocardiosignal.

Keywords： MSP430F5529； SD card； FAT16 file system； ECG

0 引 言

随着生活水平的日渐提高，医疗健康问题引起人们高度关注，使得便携式家庭医疗电子未来的前景增长甚为巨大，这就要求其性能、功耗和存储介质容量也越来越高。利用嵌入式技术开发出低成本、低功耗、高性能的便携式心电监护系统已成为可能。MSP430F5529微处理器因其具备高集成度、高性能处理、低成本以及超低功耗等特点大量应用于便携式医疗电子产品中。本文利用微处理器MSP430与大容量SD存储卡进行数据传输，设计了一个基于msp430和sd卡便携式心电数据采集存储系统。该系统采集的心电数据以Windows标准文件的形式存储在容量大、体积小的SD卡上，然后通过USB接口将储存在SD卡中的心电数据传输到上位机以进行后期复杂的数据处理工作。在心电信号采集的基础上，实现了上位机和微处理器可以使用FAT16文件格式读/写Micro SD卡的数据。

1 系统总体设计

为便于检测，本文设计的便携式心电信号采集存储系统采用双极标准肢体导联记录心电信号。当人体心脏活动时心电电位变化可传导到人体表面，通过测量两肢体之间的电位差，检测系统的地端与右腿接在一起作为参考，可记录心电电位的变化，这种方法就是通常所说的爱氏三角法。从ECG肢体导联获得心电信号，传送到前置放大器，先后经过高通（HPF）、低通滤波器（LPF）从中滤除直流电平、低频噪声干扰以及高频干扰后，再经陷波器（也就是带阻滤波器BEF）有效地抑制信号中含有的50 Hz工频干扰信号，得到带宽范围为0.05～100 Hz的有用心电信号，这也是心电信号的有效范围。然后经次级放大器放大，最后由A/D转换后送至微处理器或上位机进行显示操作，以进一步分析处理[1]。图1为心电信号采集存储系统结构流程图。为了实现长时间的数据存储，采用存储容量大、体积小、数据传输速率快的SD卡，持续地记录心电信号的数据。同时，为了实现方便快捷地管理和维护心电数据，SD卡中数据以文件的标准格式进行存储。

2 硬件设计

2.1 心电信号模拟前端电路设计

模拟前端电路获得心电信号的主要工作流程为：采集来自双极标准导联的心电信号ECG，经由前置放大，滤波等方法得到易于处理的心电信号。根据便携式的特点，整个模拟前端电路采用了单电源、低电压的设计，取1.2 V作为参考电压。

ECG电极通过肢体导联与人体连接，所获取的是强噪声背景下的微弱、低频心电信号，并且检测电极和肢体皮肤之间的接触阻抗大、变化波动也大，这就要求前置放大电路具有较高的输入阻抗和共模抑制比 。为此选用了TI公司生产的INA118仪表放大器，该芯片具有噪声系数小、输入阻抗高、共模抑制比高、非线性小、工作频带宽等特点，提高了信噪比，适合对各种微小信号放大，其内设有输入过压保护，确保心电检测可正常进行。