采用ADS1293的低功耗便攜式心電圖儀硬件設計

摘要：本文設計了一種基于TI公司推出的24位、3通道低功耗心電前端模擬芯片的心電圖儀硬件電路，這種電路設計可以解決分立式硬件設計中很多技術難題，應用方便，性價比高，是提高性能、降低產品功耗的便攜式心電產品的理想選擇。本文網絡版地址：http：//www.eepw.com.cn/ article/145485.htm

關鍵詞：心電圖儀；ADS1293；低功耗

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.6.016

隨著現代社會的高速發展，人們生活水平不斷提高的同時，生活節奏變快，生活壓力也不斷增大。隨著人們心理加壓的提高，身心負荷的長期超載，使得人類心臟疾病發生率也越來越高，成為威脅人們健康甚至生命的重要殺手之一。所以，人們對于心臟疾病越來越重視，常規心電圖機較難在心臟疾病早期發現異常心電圖。因而人們需要通過長期的心電監測來保證身體健康。同時，受到電池容量、電子器件等瓶頸的限制，低功耗、便攜式心電圖儀是解決長期心電監測的關鍵。兼顧以上特點，本文基于低功耗器件ADS1293、配合TI公司的低功耗單片機MSP430F5505，實現了低功耗便攜式心電圖儀硬件設計。

總體結構設計

人體心電信號非常微弱，其幅值一般為50μV～5mV，頻率范圍0.01Hz～250Hz。人體心電信號極易受到其它信號的干擾，如皮膚阻抗造成的極化電壓的干擾，呼吸阻抗造成的基線的干擾，情緒及外界刺激引起的肌電干擾等等，其中工頻干擾尤為明顯。因此心電前端的模擬電路設計對于心電圖儀采集系統尤為重要。

如圖1所示，本設計通過ADS1293集成芯片的模擬電路對信號處理后，經過ADC采樣，之后通過SPI傳給MSP430F5505單片機，單片機對數據進行處理，將心率異常事件存儲到MSP430F5505的FLASH中，回放事件時通過MSP430F5505自帶的USB功能將心率異常事件傳給PC機，在PC機上顯示心率異常事件趨勢圖。

基于集成芯片ADS1293的心電前端電路設計

基于人體心電信號的特點，需要前端模擬采集電路有足夠大的輸入阻抗、足夠高的共模抑制能力、較寬的電壓動態范圍。因此采用CMRR>100dB、輸入電壓動態范圍達±400mV、內置EMI濾波器的ADS1293，既能達到前端模擬電路的設計要求，又可以簡化電路減小儀器體積降低儀器功耗。ADS1293內部結構框圖如圖2所示，ADS1293可分為EMI濾波器、控制開關、儀表運放、Σ△24位數據轉換等部分。

在設計時，人體左右手電極RA、LA分別與ADS1293的IN2、IN1連接，左右腿電極LL、RL分別與ADS1293的IN3、IN4連接，人體胸導聯電極V1與ADS1293的IN5連接，威爾遜中心端WCT與ADS1298的IN6連接。通過SPI控制ADS1293內部控制開關，可以實現I、II、V等3個心電通道的實際采集。根據導聯計算公式，可以計算出III、aVR、aVF、aVL導聯的數據。原理圖如圖3所示。

心電數據的采集處理與上傳

本設計的控制單片機采用TI公司的MSP430系列低功耗單片機MSP430F5505，通過SPI接口從ADS1293中將3通道數據讀出，對接收到的24位原始數據進行濾波處理，濾除由于人體呼吸、肌電、工頻等原因產生的干擾信號，并對波形數據進行分析，將異常波形出現的時間作為事件存入到單片機的FLASH中，由于MSP430F5505單片機主頻可達到24MHz，數據濾波不會對數據接收產生影響。

通過MSP430F5505單片機的USB功能將FLASH中存儲的事件發送到PC機上，這樣就可以在PC機上看到被測者心率異常事件的趨勢圖，被測者可根據趨勢圖來判斷是否需要就醫，達到簡便快捷的發現早期心臟病變的目的，為心臟疾病的治療爭取時間。

結語

本設計采用低功耗心電前端集成芯片ADS1293采集心電信號與超低功耗單片機MSP430相結合，實現了一種超低功耗的動態心電圖儀采集電路。由于ADS1293的高度集成，整個電路可以限制在2cm*2cm大小范圍內。功耗可限制在5-10mA范圍內，利用單節堿性電池可以實現2～3天的事件數據存儲。方便實用。可以廣泛應用到家庭、社區，有著廣泛的應用前景。

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