MSP430動態(tài)心電圖采集系統(tǒng)解析

　　動態(tài)心電圖是指連續(xù)記錄24小時或更長時間的心電圖，它已經(jīng)成為臨床上廣泛應(yīng)用的無創(chuàng)性心血管病診斷手段之一。尤其是常規(guī)心電圖檢查正常，但有心臟病癥狀或心率變化與癥狀不相符時，可以作為首選的無創(chuàng)檢查方法。此方法為美國人Holter發(fā)明，所以又稱為Holter。由于資金、技術(shù)等因素，Holter系統(tǒng)在我國并未得到普及，因此研制一種能夠記錄24小時全程心電圖的低功耗、便攜式心電圖記錄系統(tǒng)十分必要。
　　目前該類產(chǎn)品存在的主要問題在功耗和容量等方面［1］。市場上的動態(tài)心電記錄系統(tǒng)普遍采用51系列或DSP，其功耗很大，不能滿足24小時連續(xù)記錄的要求。MSP430具有優(yōu)勢，它自帶12位AD轉(zhuǎn)換和液晶顯示，在圖1中虛線框中的模塊都是MSP430自帶的，其集成化程度高，更有利于實現(xiàn)低功耗和便攜式。因此采用MSP430和SD卡的動態(tài)心電采集系統(tǒng)十分合適［2］。
　　1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和工作原理
　　1.1 MSP430 芯片介紹
　　美國德州儀器公司推出的MSP430系列超低功耗16位混合信號處理器，以16位RISC處理器、超低功耗、豐富的片內(nèi)外設(shè)、JTAG仿真調(diào)試定義了新一代單片機的概念。本系統(tǒng)采用的MSP430FG4618是一款優(yōu)秀的片上系統(tǒng)，它自帶12位AD轉(zhuǎn)換、3個可編程運放、12位DA同步轉(zhuǎn)換器、160段LED驅(qū)動以及UART、SPI、I2C等豐富的外設(shè)接口，給系統(tǒng)設(shè)計提供了很大的方便。
　　1.2 系統(tǒng)整體流程介紹
　　系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。系統(tǒng)硬件主要由三部分組成：模擬放大部分、MSP430主處理部分和SD卡存儲部分。系統(tǒng)的工作流程為：由導(dǎo)聯(lián)電極采集人體表面微弱的心電信號，經(jīng)由儀表運放INA321初步放大，再通過50Hz陷波器濾除工頻干擾；主運放采取MSP430內(nèi)部的可編程運放，放大100倍，滿足AD轉(zhuǎn)換的電壓要求；AD轉(zhuǎn)換結(jié)果經(jīng)過數(shù)字濾波消除一些高頻干擾后，一方面直接將數(shù)據(jù)存入SD卡，另一方面通過設(shè)定閾值判斷QRS波群的到來，由兩次波群的采樣間隔計算出心率，經(jīng)由LCD顯示。
　　
　　系統(tǒng)中AD轉(zhuǎn)換采用MSP430自帶的12位AD，采樣點數(shù)設(shè)定為500點/s，這樣的采樣速率有利于工頻干擾的數(shù)字濾波；MSP430FG4618自帶160段液晶驅(qū)動，最多可以帶20位的數(shù)碼顯示；根據(jù)實際需要選用4位的數(shù)碼顯示；存儲系統(tǒng)采用1GB的金士頓SD卡，完全滿足數(shù)據(jù)量和存儲速度的需要。
　　1.3 模擬部分電路
　　儀表運放采用TI公司的INA321，其默認(rèn)放大倍數(shù)為5倍。因為人體皮膚接觸電阻大、共模電壓高等因素，前級運放放大倍數(shù)不能太大，否則容易引起飽和，因此設(shè)定其放大倍數(shù)為5。模擬部分電路如圖2所示。其中點1接參考電壓1.5V，能保證輸出點3的參考電壓也為1.5V。U2和INA321組成一個積分電路，可以消除由于采集過程中皮膚接觸阻抗變換引起的基線漂移［2］。U3和R7、C4等電容網(wǎng)絡(luò)組成了低通和陷波電路，其增益為500倍，能將微弱的信號放大到AD轉(zhuǎn)換需要的1V電壓。
　　
　　模擬部分整體電路在Multisim10仿真圖形波形中，可以看出此電路的性能完全符合后級AD轉(zhuǎn)換要求。