專利名稱：便攜式數字動態心電圖儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種便攜式數字動態心電圖儀。
背景技術：
動態心電圖儀(Dynamic Electrocardiograph，DCG)，又稱Holter監測儀，利用便攜的微型記錄儀將心電信號記錄下來，再經高速回放系統進行分析處理，打印輸出心電波形及數據。動態心電圖儀主要應用于心律失常及心肌缺血的特性與定量分析診斷，還可應用于心悸、眩暈等模糊癥狀的鑒別診斷，病竇綜合征、預激綜合征等心臟疾病的檢出，心血管藥物療效的評價以及起搏器功能的評定等。此外，在醫學科研和教學上也有廣范應用。
以磁帶為記錄介質的動態心電圖儀由于體積和功率都較大而被逐步淘汰，目前進口的便攜式動態心電圖儀一般采用閃存卡作為記錄介質。64MB以上的閃存卡均能滿足24小時心電數據的記錄要求。采用閃存卡的動態心電圖儀體積和功耗較之以往的以磁帶為記錄介質的動態心電圖儀要小很多，但依然太大。本實用新型的目的是提供一種超小型、超低功耗、高性能的便攜式數字動態心電圖儀。

發明內容
本實用新型的目的是提供一種便攜式數字動態心電圖儀。
本實用新型的方框電路是三通道心電信號經心電導聯送到差分放大電路放大后通過低通濾波電路濾掉高頻干擾，再送到末級同相放大電路放大到適合A/D轉換的幅度范圍，然后心電信號輸入單片機進行A/D轉換并將心電數據存入閃存卡。
本實用新型的具體電路為心電信號經由三通道導聯線送到差分放大電路放大有用的心電信號并抑制共模干擾，由運放和電阻組成第一、二、三通道差分放大器；差分放大后的心電信號送入下級有源低通濾波電路進行濾波，由運放、電容和電阻組成第一、二、三通道有源低通濾波器；濾波后的心電信號分別經隔直電容器C102、C202、C302耦合到后級同相放大電路，由運放、電容和電阻組成第一、二、三通道末級同相放大器；經末級同相放大的心電信號送到單片機的A/D輸入腳A3、A4、A5進行模數轉換；運放U4D、電容C1和電阻R1、R2組成參考電壓；單片機U5的P1口與閃存卡U6的數據口相連，單片機U5的P2口與閃存卡U6的A0、A1、A2、-OE、-WE、-CE1和-RST相連，單片機U5的P2.7接LED指示燈，R6為限流電阻；集成塊U7、電容C5、電感L1和二極管D1組成電源變換器，C9和C10為電源濾波電容，肖特基二極管D2、D3和電容C6、C7組成升壓電路，R3、C2、R9、C8組成去耦電路。
本實用新型的優點抗干擾性能好，共模抑制比達110dB，超過進口產品；可靠性高，除模擬放大電路和電源電路外，包括A/D在內的所有數字處理和控制電路全部由一片工業級的單片機實現；功耗低，電池充電一次可連續工作一星期；體積小，只有75×50×17(mm3)，是同類進口產品的一半還小。


圖1是便攜式數字動態心電圖儀方框電路圖；圖2是便攜式數字動態心電圖儀電路原理圖。
具體實施方式
采用低價格、高性能、超低功耗單片機實現數據采集和控制；將主要功耗部件閃存卡和單片機的工作電壓設定為低壓3.3伏，并且通過單片機軟件控制閃存卡和單片機工作在間歇狀態，使功率消耗呈脈沖狀，極大地降低平均功率；將功耗極小的差分放大等模擬電路的工作電壓設計為6.5伏，以保證足夠大的共模電壓輸入范圍，提高抗干擾能力；合理選用元器件，精心設計電路板，減小電路板尺寸，提高信噪比；選用47×17×6(mm3)的長方型電池，將電池和電路板并排按裝在閃存卡的下面、充分利用空間實現超小型。
如圖1所示，三通道心電信號經導聯送到差分放大電路放大有用的心電信號、抑制共模干擾；低通濾波電路濾掉高頻干擾和防止A/D采樣產生頻譜混淆；末級同相放大電路將心電信號放大到適合A/D轉換的幅度范圍，并且提供低輸出電阻滿足A/D轉換精度要求；單片機對心電信號進行A/D轉換并將心電數據存入閃存卡、監測電池電壓和控制LED顯示以及分析按鍵命令等；64MB閃存卡用于記錄24小時心電數據；1.2伏可充電電池提供電能，一次充電可連續工作一星期；DC/DC變換器將1.2伏電池電壓升到3.3伏提供給單片機和閃存卡；升壓電路再將3.3伏電壓升到6.5伏供給差分放大器等模擬電路。
如圖2所示，心電信號經由三通道導聯線Ch1-、Ch1+、Ch2-、Ch2+、Ch3-、Ch3+和ECG_GND送到差分放大電路放大有用的心電信號并抑制共模干擾。運放U1A和電阻R101、R102、R103、R104組成第一通道差分放大器；運放U2A和電阻R201、R202、R203、R204組成第二通道差分放大器；運放U3A和電阻R301、R302、R303、R304組成第三通道差分放大器。雙運放U1、U2和U3的電源電壓Avccl為6.5伏。提高運放U1、U2、和U3的電源電壓是為了擴大差分放大器共模電壓輸入范圍，提高抗干擾能力。
差分放大后的心電信號送入下級有源低通濾波電路進行濾波。運放U1B、電容C101和電阻R105、R106、R107組成第一通道有源低通濾波器；運放U2B、電容C201和電阻R205、R206、R207組成第二通道有源低通濾波器；運放U3B、電容C301和電阻R305、R306、R307組成第三通道有源低通濾波器。濾波后的心電信號分別經隔直電容器C102、C202、C302耦合到后級同相放大電路。運放U4A、電容C103和電阻R108、R109、R110、R111組成第一通道末級同相放大器；運放U4B、電容C203和電阻R208、R209、R210、R211組成第二通道末級同相放大器；運放U4C、電容C303和電阻R308、R309、R310、R311組成第三通道末級同相放大器。
經末級同相放大的心電信號送到單片機的A/D輸入腳A3、A4、A5進行模數轉換。運放U4D、電容C1和電阻R1、R2組成1.25伏參考電壓，為第一、二、三通道末級同相放大器提供基準電壓，使送給A/D轉換的心電信號幅度在給定的0-2.5伏的范圍之內。
U5為單片機，該單片機內置12位A/D、1KB RAM、32KB Flash Memory等電路模塊。單片機的工作電壓為1.8伏-3.6伏，備用電流為0.1uA，最大工作電流0.7mA，A/D轉換速率可達100KHz。U6為閃存卡。單片機P1口(P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7)與閃存卡數據口(D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7)相連；單片機P2口(P2.0、P2.1、P2.2)與閃存卡地址線(A0、A1、A2)相連；單片機P2口的P2.3與閃存卡輸出允許端-OE1相連，P2.4與閃存卡寫允許端-WE相連，P2.5與閃存卡片選端-OE相連，P2.6與閃存卡復位端-RST相連；P2.7接LED指示燈，R6為限流電阻。
放大后的心電信號經單片機A/D采樣轉換為8位數字量先存在單片機內的RAM中，存滿512字節后以突發寫入方式快速寫入閃存卡。同時，單片機繼續采集心電數據，準備下一個512字節數據。單通道采樣頻率為128Hz，三通道總數據為128×3＝384(bytes/sec.)。
為了提高心電圖儀的信噪比，將模擬地和數字地嚴格分開，特別是單片機模擬地AGND和數字地DGND、模擬電源AVCC和數字電源DVCC均需合理布線。圖2中集成塊U7、電容C5、電感L1和二極管D1組成電源變換器，輸出3.3伏VCC直接供給閃存卡，并在閃存卡的電源入口處接濾波電容C9和C10。VCC經電阻R4供給U5單片機的DVcc，經電阻R3供給U5單片機的Avcc。肖特基二極管D2、D3和電容C6、C7組成升壓電路，得到6.5伏的AVcc1供給圖2中的差分放大電路。AVcc1經去耦電路R9、C8濾波后得到約5.5伏的Avcc2供給圖中的后級同相放大電路。
權利要求1.一種便攜式智能型動態心電圖儀，其特征在于三通道心電信號經心電導聯送到差分放大電路放大后通過低通濾波電路濾掉高頻干擾，再送到末級同相放大電路放大到適合A/D轉換的幅度范圍，然后心電信號輸入單片機進行A/D轉換并將心電數據存入閃存卡。
2.根據權利要求1所述的便攜式數字動態電圖儀，其特征在于心電信號經由三通道導聯線送到差分放大電路放大有用的心電信號并抑制共模干擾，由運放和電阻組成第一、二、三通道差分放大器；差分放大后的心電信號送入下級有源低通濾波電路進行濾波，由運放、電容和電阻組成第一、二、三通道有源低通濾波器；濾波后的心電信號分別經隔直電容器C102、C202、C302耦合到后級同相放大電路，由運放、電容和電阻組成第一、二、三通道末級同相放大器；經末級同相放大的心電信號送到單片機的A/D輸入腳A3、A4、A5進行模數轉換；運放U4D、電容C1和電阻R1、R2組成參考電壓；單片機U5的P1口與閃存卡U6的數據口相連，單片機U5的P2口與閃存卡U6的A0、A1、A2、-OE、-WE、-CE1和-RST相連，單片機U5的P2.7接LED指示燈，R6為限流電阻；集成塊U7、電容C5、電感L1和二極管D1組成電源變換器，C9和C10為電源濾波電容，肖特基二極管D2、D3和電容C6、C7組成升壓電路，R3、C2、R9、C8組成去耦電路。
3.根據權利要求1或2所述的便攜式智能型動態心電圖儀，其特征在于運放U1A和電阻R101、R102、R103、R104組成第一通道差分放大器；運放U2A和電阻R201、R202、R203、R204組成第二通道差分放大器；運放U3A和電阻R301、R302、R303、R304組成第三通道差分放大器。
4.根據權利要求1或2所述的便攜式智能型動態心電圖儀，其特征在于運放U1B、電容C101和電阻R105、R106、R107組成第一通道有源低通濾波器；運放U2B、電容C201和電阻R205、R206、R207組成第二通道有源低通濾波器；運放U3B、電容C301和電阻R305、R306、R307組成第三通道有源低通濾波器。
5.根據權利要求1或2所述的便攜式智能型動態心電圖儀，其特征在于運放U4A、電容C103和電阻R108、R109、R110、R111組成第一通道末級同相放大器；運放U4B、電容C203和電阻R208、R209、R210、R211組成第二通道末級同相放大器；運放U4C、電容C303和電阻R308、R309、R310、R311組成第三通道末級同相放大器。
專利摘要本實用新型公開了一種便攜式數字動態心電圖儀。本實用新型的方框電路是三通道心電信號經心電導聯送到差分放大電路放大后通過低通濾波電路濾掉高頻干擾,再送到末級同相放大電路放大到適合A/D轉換的幅度范圍,然后心電信號輸入單片機進行A/D轉換并將心電數據存入閃存卡。本實用新型的優點:抗干擾性能好,共模抑制比達110dB,超過進口產品;可靠性高,除模擬放大電路和電源電路外,包括A/D在內的所有數字處理和控制電路全部由一片工業級的單片機實現;功耗低,電池充電一次可連續工作一星期;體積小,只有75×50×17(mm
文檔編號A61B5/0402GK2512378SQ0127164
公開日2002年9月25日 申請日期2001年11月6日 優先權日2001年11月6日
發明者潘云鶴, 鄭扣根, 首山雄, 陳純, 門素琴, 莊越挺, 陳耀武, 王曉棟, 池昶, 朱奇波, 蘇斐琦 申請人:浙江大學