一種便攜式七導(dǎo)聯(lián)智能心電信號采集裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種采集人體心電信號的裝置，屬于智能家庭醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，具體是一種便攜式七導(dǎo)聯(lián)智能心電信號采集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]中國心臟病和心血管病患者人數(shù)在逐年增加，對于許多病患者而言，其心臟生理參數(shù)能有效地反映病情狀態(tài)以及治療康復(fù)情況，因此及時掌握患者心電信號參數(shù)有重要意義。然而，由于我國醫(yī)院(醫(yī)療)資源緊張，許多老年患者和白領(lǐng)階層由于行動不便或者工作忙碌，無法及時到醫(yī)院進(jìn)行心電參數(shù)監(jiān)護(hù)，錯過心臟病預(yù)防和治療的良機(jī)。
[0003]現(xiàn)有的心電信號參數(shù)采集裝置大部分存在價格昂貴、功耗高、體積大、不易移動等缺點，無法滿足老年病患者在家中(或者白領(lǐng)階層在辦公室中)對身體狀況進(jìn)行自檢，也無法對康復(fù)患者的心電信號進(jìn)行實時監(jiān)護(hù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對目前家用心電圖機(jī)存在不便攜和體積大等缺點，提供一種便攜式七導(dǎo)聯(lián)智能心電信號采集裝置，其能夠方便的將電極夾夾在被測者身體上，實時準(zhǔn)確的將七個心電導(dǎo)聯(lián)圖波形顯示在LabVIEW上位機(jī)上，LabVIEW上位機(jī)并配有心電圖保存和一些波形分析功能，有助于心血管疾病患者在家中對心電參數(shù)監(jiān)護(hù)，同時為醫(yī)生的診斷提供了一份可靠的材料。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明才有如下技術(shù)方案:
一種便攜式七導(dǎo)聯(lián)智能心電信號采集裝置，包括5根帶屏蔽導(dǎo)聯(lián)線，ADS1298轉(zhuǎn)換模塊，STM32F103主控MCU模塊，隔離模塊，USB轉(zhuǎn)串口模塊，串口藍(lán)牙模塊，LabVIEW上位機(jī)心電波形顯示模塊，鋰電池充電模塊，鋰電池電壓轉(zhuǎn)換模塊，電池電量測量模塊;所述5根帶屏蔽導(dǎo)聯(lián)線與ADS1298轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連，ADS1298轉(zhuǎn)換模塊的通信端和控制端與STM32F103主控M⑶模塊的通信端和控制端相連，STM32F103主控M⑶模塊的串口分別與隔離模塊和串口藍(lán)牙模塊的串口相連，隔離模塊與USB轉(zhuǎn)串口模塊相連，USB轉(zhuǎn)串口模塊與LabVIEW上位機(jī)心電波形顯示模塊相連，鋰電池充電模塊與鋰電池電壓轉(zhuǎn)換模塊相連，電池電量測量模塊與STM32F103主控MCU模塊相連，鋰電池電壓轉(zhuǎn)換模塊分別與ADS1298轉(zhuǎn)換模塊、電池電量測量模塊、STM32F103主控MCU模塊、USB轉(zhuǎn)串口模塊和串口藍(lán)牙模塊相連。
[0006]優(yōu)選地，所述ADS1298轉(zhuǎn)換模塊由24位高精度A/D轉(zhuǎn)換模塊和心電信號預(yù)處理電路模塊組成，每片ADS1298有8個通道的差分輸入用于輸入前端電極采集的心電信號，并且內(nèi)置右腿驅(qū)動放大電路和威爾遜中心電端。心電信號預(yù)處理電路模塊由低通濾波電路和鉗位電路組成，低通濾波電路對極高頻率的噪聲進(jìn)行簡單濾波，由兩個二極管構(gòu)成的鉗位電路可以防止噪聲的引入，避免信號的電壓過高或過低。這里只采用3個通道即可用于七導(dǎo)聯(lián)心電波形的顯示，選擇AD轉(zhuǎn)換的參考電壓為2.4V，這樣AD的轉(zhuǎn)換精度可以達(dá)到0.14uV。STM32F103主控M⑶模塊通過SPI總線可以配置采集通道的參數(shù)，如PGA倍數(shù)、采樣頻率等和配置芯片的工作模式。
[0007]優(yōu)選地，所述STM32F103主控MCU模塊，包括STM32F103單片機(jī)、芯片晶振電路、復(fù)位電路以及芯片供電電源濾波電路，STM32F103單片機(jī)是32位處理器，工作頻率為72MHz，外設(shè)豐富，滿足系統(tǒng)所需要的GP10、SPI和USART功能模塊，GP1和SPI外設(shè)模塊聯(lián)合控制ADS1298，通過USART功能向USB轉(zhuǎn)串口模塊或串口藍(lán)牙模塊傳送數(shù)據(jù)。
[0008]優(yōu)選地，所述USB轉(zhuǎn)串口模塊選用FT232RL芯片，STM32F103單片機(jī)與USB轉(zhuǎn)串口模塊實際上是串口通信方式，與USB方式通信方式相比較為簡單，隔離模塊選用ADUM1201隔離芯片，ADUM1201的RXD引腳接接收串口 8位數(shù)據(jù)幀，F(xiàn)T232RL芯片的VBUS、D-，D+，GND引腳與Micro USB的四個引腳對應(yīng)連接，可通過USB數(shù)據(jù)線將串口數(shù)據(jù)傳送到PC機(jī)的端口。LabVIEW上位機(jī)不斷地讀取端口上的數(shù)據(jù)，把心電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為心電波形顯示。
[0009]優(yōu)選地，所述串口藍(lán)牙模塊選用HM-1l藍(lán)牙4.0芯片，該芯片集成度高，超低待機(jī)功耗，有超快的反應(yīng)速度，尺寸僅僅13.8*18mm，該藍(lán)牙模塊配有一個連接指示燈，未連接時該燈一直閃爍，藍(lán)牙連接時該燈保持常亮狀態(tài)，該模塊配有一個輕觸按鍵，當(dāng)藍(lán)牙連接時按下按鍵可以將連接斷開，連接斷開時按下按鍵可以將配置信息清除重新啟動連接，HM-1l藍(lán)牙4.0芯片的RXD引腳接收到串口 8位數(shù)據(jù)幀，可通過藍(lán)牙無線方式傳給LabVIEW上位機(jī)的端口，該模塊是作為便攜式智能硬件設(shè)備的最佳選擇之一。
[0010]優(yōu)選地，鋰電池充電模塊選用TP4057芯片，TP4057是一款完整的單節(jié)鋰離子電池充電器，帶電池的正負(fù)極反接保護(hù)，采用恒定電流/恒定電壓現(xiàn)行控制。TP4057也可以適合USB電源和適配器電源工作，包括充電電流監(jiān)控器、欠壓閉鎖、自動再充電和兩個用于指示充電結(jié)束和輸入電壓接入的狀態(tài)引腳，其SOT封裝與較少的外部元件數(shù)目使得TP4057成為便攜式應(yīng)用的理想選擇。
[0011]優(yōu)選地，電池電量測量模塊選用LTC2941芯片，其工作范圍非常適合于單節(jié)鋰離子電池，其內(nèi)部精準(zhǔn)的庫倫計量器負(fù)責(zé)對流經(jīng)位于電池正端和負(fù)載之間的一個檢測電阻器的電流進(jìn)行積分計算，測量電荷存儲于其內(nèi)部寄存器中，用I2C接口對其存取和配置。
[0012]優(yōu)選地，鋰電池電壓轉(zhuǎn)換模塊選擇TI的TPS73233、TPS73225和TPS60403芯片，可以將鋰電池電壓轉(zhuǎn)化為3.3V，2.5V，-2.5V，為ADS1298提供雙極性電壓，同時3.3V又可以為與STM32F103主控MCU模塊、USB轉(zhuǎn)串口模塊和串口藍(lán)牙模塊供電。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下顯著優(yōu)點:
本發(fā)明一種便攜式七導(dǎo)聯(lián)智能心電信號采集裝置可以做為智能家用醫(yī)療設(shè)備，該裝置體積小、便于攜帶、功耗較低、準(zhǔn)確性高，采用四層板制版工藝，PCB的長和寬分別為4.5mm和6mm，該裝置供電采用平常手機(jī)所用的鋰電池，并可通過移動電源(充電寶)給該裝置充電，上位機(jī)可實時顯示電池電量，所采用的通信方式為串口通信和SPI通信，可以選用有線的USB連接，也可以選擇無線的藍(lán)牙連接，同時LabVIEW上位機(jī)上可以顯示出實時波形，波形可以保存，也可以進(jìn)行異常分析，該裝置所采用的AD轉(zhuǎn)換芯片數(shù)據(jù)處理速度快，其采樣頻率為250SPS?32kSPS，7個心電波形的顯示是心電信號的實時反映。
[0014]綜上所述，本發(fā)明的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單、體積較小、功耗較低、精度較高、產(chǎn)品開發(fā)周期短、便于推廣使用，是一個方便、實用、可靠的家用智能心電信號采集裝置。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的一種總體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明的采集裝置的心電信號預(yù)處理電路電路圖。
[0017]圖3為本發(fā)明中的USB轉(zhuǎn)串口模塊和隔離模塊電路圖。
[0018]圖4為本發(fā)明中的串口藍(lán)牙模塊的電路圖。
[0019]圖5為本發(fā)明中的鋰電池充電模塊的電路圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例作詳細(xì)說明:
參見圖1，一種便攜式七導(dǎo)聯(lián)智能心電信號采集裝置，包括5根帶屏蔽導(dǎo)聯(lián)線，ADS1298轉(zhuǎn)換模塊，STM32F103主控M⑶模塊，隔離模塊，USB轉(zhuǎn)串口模塊，串口藍(lán)牙模塊，LabVIEW上位機(jī)心電波形顯示模塊，鋰電池充電模塊，鋰電池電壓轉(zhuǎn)換模塊，電池電量測量模塊;所述5根帶屏蔽導(dǎo)聯(lián)線與ADS1298轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連，ADS1298轉(zhuǎn)換模塊的通信端和控制端與STM32F103主控M⑶模塊的通信端和控制端相連，STM32F103主控MCU模塊的串口分別與隔離模塊和串口藍(lán)牙模塊的串口相連，隔離模塊與USB轉(zhuǎn)串口模塊相連，USB轉(zhuǎn)串口模塊與LabVIEW上位機(jī)心電波形顯示模塊相連，鋰電池充電模塊與鋰電池電壓轉(zhuǎn)換模塊相連，電池電量測量模塊與STM32F103主控M⑶模塊相連，鋰電池電壓轉(zhuǎn)換模塊分別與ADS1298轉(zhuǎn)換模塊、電池電量測量模塊、STM32F103主控MCU模塊、USB轉(zhuǎn)串口模塊和串口藍(lán)牙模塊相連。
[0021]所述的5根帶屏蔽導(dǎo)聯(lián)線通過肢體夾分別連在被測者身體的左手腕、右手腕、左腳腕、右腳腕和胸部，可測得7個心電導(dǎo)聯(lián)圖，能夠更詳細(xì)的反應(yīng)被測者的心臟生理參數(shù);心電信號被24位采樣芯片ADSl 298采集，ADS1298內(nèi)部集成了 ΕΜΓ濾波電路、8路可編程增益放大器、右腿驅(qū)動電路、威爾遜網(wǎng)絡(luò)和SPI接口，轉(zhuǎn)換后的心電信號做為輸出通過SPI接口傳給STM32F103主控MCU，STM32F103通過串口通訊方式把數(shù)據(jù)發(fā)送給USB轉(zhuǎn)串口模塊或者串口藍(lán)牙模塊。
[0022]所述USB轉(zhuǎn)串口模塊中的USB轉(zhuǎn)串口芯片選用FT232RL芯片，串口藍(lán)牙模塊中的串口藍(lán)牙芯片選用HM-1I藍(lán)牙4.0芯片，心電信號可通過有線和無線兩種方式傳送給LabVIEW上位機(jī)心電波形顯示模塊。
[0023]STM32F103對心電數(shù)據(jù)進(jìn)行移位拆分然后把數(shù)據(jù)發(fā)送，LabVIEW上位機(jī)心電波形顯示模塊對接收的心電數(shù)據(jù)進(jìn)行移位整合，因此保證了下位機(jī)主控MCU傳來的原始心電數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤，同時對心電信號進(jìn)行3階巴特沃斯低通濾波，去除外部干擾噪聲。
[0024]鋰電池充電模塊中的電池充放電管理芯片選用TP4057芯片，其包括充電電流監(jiān)控器、自動再充電、兩個指示充電結(jié)束和輸入電壓接入的狀態(tài)引腳；電池電量測量模塊選用LTC2941芯片，測量電荷存儲于其內(nèi)部寄存器中，用I2C接口對其存取和配置。所述鋰電池電壓轉(zhuǎn)換模塊采用TI穩(wěn)壓芯片將5V電壓轉(zhuǎn)化為3.3V、2.5V、-2.5V雙極性電壓為ADS1298轉(zhuǎn)換芯片供電，同時3.3V電壓又可為STM32F103主控MCU、USB轉(zhuǎn)串口模塊和串口藍(lán)牙模塊供電。
[0025]如圖2所述的心電信號預(yù)處理電路包括電阻101、電阻102、鉗位限幅二極管103、鉗位限幅二極管104、電容105和電容106，電阻101的一端與帶屏蔽線