專利名稱：微型數(shù)字式心電遙測監(jiān)護(hù)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于微機(jī)控制的數(shù)字式心電遙測儀器設(shè)計與制造技術(shù)領(lǐng)域。
目前國內(nèi)已有的心電遙測監(jiān)護(hù)裝置基本上是直接以模擬量的遙測，其抗干擾性差，功能少，體積大；國外出現(xiàn)一些采用專用大規(guī)模芯片構(gòu)成的數(shù)字式心電遙測系統(tǒng)，但由于其成本高，生產(chǎn)難度大無法廣泛用于普通家庭使用。
本實用新型的目的在于為克服已有技術(shù)的不足之處，利用現(xiàn)代化微處理器控制技術(shù)，提供一種微型數(shù)字式的心電遙測監(jiān)護(hù)儀，實現(xiàn)對使用者的心電信號的長期、定時、精確的遙控檢測與診斷處理，并且具有功能齊全，可靠性高，成本低，體積小等特點(diǎn)。
本實用新型所述的微型數(shù)字式心電遙測監(jiān)護(hù)儀，是由便攜式發(fā)射機(jī)與遙控接收卡兩部分組成，其特征在于所說的發(fā)射機(jī)包括探測心電信號的探測電極；對探測信號進(jìn)行放大的心電信號前置放大器；將放大的心電信號進(jìn)行濾波與調(diào)整的濾波與電平調(diào)整電路；對調(diào)整后的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的A/D轉(zhuǎn)換電路；對數(shù)字信號進(jìn)行處理以及對各電路進(jìn)行控制的單片機(jī)及其外圍電路；對經(jīng)單片機(jī)編碼處理后的信號進(jìn)行頻率予調(diào)制的頻移鍵控(FSK)一次調(diào)制電路，再將其信號進(jìn)行第二次調(diào)頻并用高頻載波發(fā)射出去的調(diào)頻發(fā)射電路，以及為各電路提供不同電壓的電源變換電路及對所說電極信號進(jìn)行檢測的電極脫落檢測電路；所說的接收卡包括對發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號進(jìn)行接收并放大的接收放大電路，對該信號進(jìn)行解調(diào)成數(shù)字信號的FSK解調(diào)電路，對其信號放大整形的放大整形電路，再對整形后的信號進(jìn)行解碼得到心電數(shù)據(jù)的解碼電路以及與將此數(shù)據(jù)送入PC機(jī)總線的接口與控制電路。
本實用新型所說的發(fā)射機(jī)中的前置放大電路可由低功耗運(yùn)放構(gòu)成三運(yùn)放差動放大器；所說濾波與整形電路可包括由雙T陷波有源電路構(gòu)成的濾波電路，由電阻、電容構(gòu)成的隔直電路，由放大器及電位器構(gòu)成的電平調(diào)整電路以及由放大器構(gòu)成的二階有源低通濾波電路；所說的FSK一階調(diào)制電路由鎖相環(huán)構(gòu)成。所說的接收卡可采用計算機(jī)擴(kuò)展槽插接件，其中的FSK解調(diào)電路可由鎖相環(huán)構(gòu)成，所說的解碼電路可由異步通訊專用芯片組成。
本實用新型工作原理簡述如下心電信號由導(dǎo)聯(lián)送入前置放大器進(jìn)行放大，放大器由低功耗運(yùn)放構(gòu)成典型的三運(yùn)放式差動放大器，可調(diào)節(jié)共模抑制比，抗干擾性能高，輸入阻抗高。放大的信號送入50HZ陷波電路，以去除環(huán)境中交流電信號干擾，并經(jīng)高通濾波電路去除直流分量，為適應(yīng)A/D采樣電壓范圍，信號進(jìn)入主放與電平調(diào)整電路，由此得到幅值在0—5V之間的心電信號，為了防止高頻電路干擾，心電信號又送入低通濾波電路，由此得到幅度與頻域皆適宜的心電信號，經(jīng)A/D采樣進(jìn)入單片機(jī)中，單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并編碼，由串行口將數(shù)字量送入調(diào)頻電路，為提高傳輸正確率，先由鎖相環(huán)對數(shù)字信號進(jìn)行預(yù)調(diào)頻，而后進(jìn)入調(diào)頻發(fā)射電路，用醫(yī)用高頻載波將之發(fā)射出去。
接收卡電路首先將調(diào)頻信號放大接收，解調(diào)出副調(diào)頻信號，然后用鎖相環(huán)電路將數(shù)字信號解調(diào)出來，經(jīng)過放大與整形處理，送入由異步通訊專用芯片組成的解碼電路，由此得到心電數(shù)據(jù)，經(jīng)PC機(jī)總線送CPU，進(jìn)行波形的顯示及數(shù)據(jù)分析處理。
本實用新型中的信號處理與控制予先編制成計算機(jī)程序軟件，其中采樣程序、信號處理與發(fā)送程序固化于單片機(jī)的EPROM中，心電信號的接收、顯示與分析處理程序存于軟盤之中。
本實用新型具有如下特點(diǎn)a、有關(guān)電路如前置放大電路，濾波陷波電路，電平調(diào)整電路，電極脫落檢查電路及電源變換電路均由低壓供電、低功耗的集成芯片組成，電路有高共模抑制比與抗干擾性強(qiáng)、功耗低、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小等特點(diǎn)；b、本儀器采用二次調(diào)頻技術(shù)、大大降低了誤碼率，提高檢測數(shù)據(jù)的可靠性；c、接收卡采用計算機(jī)擴(kuò)展槽插接件，可插入任何型號的PC機(jī)上，可方便地利用微機(jī)對遙測信號進(jìn)行實時的分析與檢測，進(jìn)行實時顯示，自動識別異常心電并報警，并可對心電數(shù)據(jù)進(jìn)行實時的存貯、回放，還可以通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將心電波實時或間斷送入中心監(jiān)護(hù)站。
d、本儀器既適用于醫(yī)院內(nèi)病人的長期實時監(jiān)護(hù)，又適用于一般家庭中老年體弱者的自我健康護(hù)理。
附圖簡要說明


圖1發(fā)射機(jī)外形及電極導(dǎo)聯(lián)線圖。
圖2為電源變換電路原理圖。
圖3為心電信號前置放大、濾波、電平調(diào)整及電極脫落檢查電路原理圖。
圖4為A/D與單片機(jī)控制電路原理圖。
圖5為二次調(diào)頻發(fā)射原理圖。
圖6為調(diào)頻接收、解調(diào)與放大整形電路原理圖。
圖7為接口與解碼電路原理圖。
圖8為發(fā)射機(jī)程序流程圖(a)主程序；(b)中斷服務(wù)程序。
圖9為接收機(jī)程序流程圖(a)主程序；(b)中斷服務(wù)程序。
本實用新型設(shè)計出一種微型數(shù)字式心電遙測監(jiān)護(hù)儀實施例，各組成部分如圖2—9所示，結(jié)合各附圖分別詳細(xì)描述如下發(fā)射機(jī)組成電路部分
圖1為配用的數(shù)字式心電發(fā)射機(jī)外形及與電極導(dǎo)聯(lián)線圖，將三個電極片10貼于病人胸前，經(jīng)導(dǎo)聯(lián)線9，8接到接頭1，插座2，進(jìn)入發(fā)射機(jī)主體5，病人接通電源開關(guān)7即可發(fā)射心電信號，當(dāng)有異?；虿贿m時，病人可經(jīng)按鍵6呼叫護(hù)士。
圖2為電源變換電路原理圖，其中，將運(yùn)放IC2A7642接成電壓跟隨器形式，以產(chǎn)生人工中點(diǎn)VG，供前置電路使用，用7805穩(wěn)壓塊產(chǎn)生+5V的穩(wěn)壓電源供后續(xù)數(shù)字電路使用。
圖3為心電信號前置放大、濾波、電平調(diào)整及電極脫落檢查原理圖，其中由IC1的A、B、C三個運(yùn)放構(gòu)成前置級高增益的差動放大電路，A、B是對稱的放大器，以獲得較高共模抑制比。運(yùn)放C進(jìn)行差動放大，電位器P1是為調(diào)整共模抑制比而設(shè)，整個前置差放級的特點(diǎn)是輸入阻抗高，共模抑制比高。在20HZ測試時，CMRR約為81dB。50HZ陷波電路由雙T有源電路構(gòu)成，通過合理選用R13、R18、R19、C1、C2、C4、R20、R21可得到Q值很高的陷波特性，取R18＝R19，R13＝R18，C1＝68000PF＝C2，C4＝2C1，R20＝180K，R21＝200K，測得Q＝5。在隔直電路中，選取R10、C3時間常數(shù)為2S。放大器IC2C擔(dān)任主放與電平調(diào)整雙重功效，其中，電位器P3用于放大倍數(shù)調(diào)節(jié)，P2用于電平調(diào)整，以得到0—5V范圍的模擬信號量，運(yùn)放IC2D構(gòu)成二階有源低通濾波器，設(shè)定其截止頻率在100HZ左右，可取R23＝27K，C7＝4700PF，電極脫落檢查電路由IC1D及三極管，發(fā)光管L1等構(gòu)成，IC1D為比較器，當(dāng)電極脫落時，它輸出高電平，三極管導(dǎo)通，發(fā)光管發(fā)光，同時off信號觸發(fā)單片機(jī)外中斷0，將此信息傳入監(jiān)護(hù)站。
圖4為單片機(jī)控制及A/D轉(zhuǎn)換電路，通過單片機(jī)內(nèi)部定時，獲得200HZ的采樣率。同時，單片機(jī)將數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼處理，并送串口緩沖器SBUF中，以設(shè)定的波特率，串行輸出數(shù)字量。本部分電路所用芯片皆為CMOS低功耗片子，且程序控制單片機(jī)隨時進(jìn)入等待運(yùn)行方式，以降低功耗。27C32的片選端CE接至80C31的地址選通有效ALE。
圖5為二次調(diào)頻發(fā)射電路原理圖，由CMOS數(shù)字鎖相環(huán)電路CD4046構(gòu)成一階FSK調(diào)制，由數(shù)字信號控制模擬開關(guān)的通斷來決定壓控振蕩器的輸入電壓，進(jìn)而產(chǎn)生兩種不同的振蕩頻率，本電路將振蕩頻率調(diào)整在10K與20KHZ，LM358B將振蕩信號放大后送入調(diào)頻發(fā)射模塊IC，二次調(diào)頻后將信號發(fā)射出去，其發(fā)射有效距離的遠(yuǎn)近由調(diào)制電壓及電源電壓決定。載波頻率為250MHZ。
接收卡組成電路圖6與圖7是對應(yīng)發(fā)射電路的反過程，圖6為調(diào)頻接收、解調(diào)與放大整形電路，其中接收模塊IC將高頻信號放大，解調(diào)出副載波信號，經(jīng)運(yùn)放放大后送入鎖相環(huán)4046解調(diào)出數(shù)字信號，而后經(jīng)放大和施密特觸發(fā)器整形送出標(biāo)準(zhǔn)的二進(jìn)制數(shù)字信號。
圖7為接口與解碼電路，由反相器LS04、八與非門LS07構(gòu)成地址譯碼電路，決定出本接收卡的I/O端口地址，總線驅(qū)動電路由LS245組成，并控制數(shù)據(jù)流的方向。8250是異步通訊專用芯片，通過對其編程，經(jīng)振蕩電路(OSC)使之按一定的波特率接收串行數(shù)據(jù)，并以一定的規(guī)則來檢測碼位傳輸?shù)恼_性，它內(nèi)部有中斷管理功能通過其INT端口觸發(fā)PC機(jī)某一外部硬中斷(如IRQ5)即可實現(xiàn)與計算機(jī)的通訊聯(lián)絡(luò)。此時主機(jī)CPU便可對其得到的數(shù)字量進(jìn)行分析與處理。
圖8為本監(jiān)護(hù)儀發(fā)射機(jī)的軟件流程圖，它由兩部分組成，即主程序(a)和中斷服務(wù)程序(b)，當(dāng)電源開啟后，EPROM中的程序開始運(yùn)行，經(jīng)初始化設(shè)置定時器，中斷口觸發(fā)方式，串行口等的初始狀態(tài)及參數(shù)后，開啟定時器，允許中斷，循環(huán)等待進(jìn)入中斷服務(wù)程序(b)，在定時器0的定時及中斷控制下，開啟A/D按200HZ的采樣率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換，將結(jié)果由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后用2400b/s的波特率發(fā)送出去。
圖9為本監(jiān)護(hù)儀接收機(jī)的軟件流程圖，它也是由主程序(a)及中斷服務(wù)程序(b)兩部分組成，由于本板插在計算機(jī)主機(jī)的槽口中，程序由此主機(jī)執(zhí)行，在(a)主程序中，首先進(jìn)行初始化，包括圖形顯示、打開中文字庫、菜單、屏幕設(shè)置，串行接口工作方式及中斷向量設(shè)定等，然后開中斷，在菜單中接收鍵盤操作進(jìn)入硬件中斷服務(wù)程序(b)，保存環(huán)境設(shè)置，讀取中斷狀態(tài)，通信校驗數(shù)據(jù)，在主機(jī)中處理心電數(shù)據(jù)，存入緩沖區(qū)、計算心率、異常處理，然后恢復(fù)現(xiàn)場返回主程序(a)，恢復(fù)中斷向量及其它系統(tǒng)設(shè)置，關(guān)閉文件。
權(quán)利要求1.一種微型數(shù)字式心電遙測監(jiān)護(hù)儀，由便攜式發(fā)射機(jī)與遙控接收卡兩部分組成，其特征在于所說的發(fā)射機(jī)包括探測心電信號的探測電極；對探測信號進(jìn)行放大的心電信號前置放大器；將放大的心電信號進(jìn)行濾波與調(diào)整的濾波與電平調(diào)整電路；對調(diào)整后的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的A/D轉(zhuǎn)換電路；對數(shù)字信號進(jìn)行處理以及對各電路進(jìn)行控制的單片機(jī)及其外圍電路；對經(jīng)單片機(jī)編碼處理后的信號進(jìn)行頻率予調(diào)制的頻移鍵控(FSK)一次調(diào)制電路，再將其信號進(jìn)行第二次調(diào)頻并用高頻載波發(fā)射出去的調(diào)頻發(fā)射電路，以及為各電路提供不同電壓的電源變換電路及對所說電極信號進(jìn)行檢測的電極脫落檢測電路；所說的接收卡包括對發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號進(jìn)行接收并放大的接收放大電路，對該信號進(jìn)行解調(diào)成數(shù)字信號的FSK解調(diào)電路，對其信號放大整形的放大整形電路，再對整形后的信號進(jìn)行解碼得到心電數(shù)據(jù)的解碼電路以及與將此數(shù)據(jù)送入PC機(jī)總線的接口與控制電路。
2.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)護(hù)儀，其特征在于所說的發(fā)射機(jī)中的前置放大電路由低功耗運(yùn)放構(gòu)成三運(yùn)放差動放大器；所說濾波與整形電路，包括由雙T陷波有源電路構(gòu)成的濾波電路，由電阻、電容構(gòu)成的隔直電路，由放大器及電位器構(gòu)成的電平調(diào)整電路以及由放大器構(gòu)成的二階有源低通濾波電路；所說的FSK一階調(diào)制電路由鎖相環(huán)構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)護(hù)儀，其特征在于所說的接收卡采用計算機(jī)擴(kuò)展槽插接件，其中的FSK解調(diào)電路由鎖相環(huán)構(gòu)成，所說的解碼電路由異步通訊專用芯片組成。
專利摘要本實用新型屬于微機(jī)控制的數(shù)字式心電遙測儀器技術(shù)領(lǐng)域，本儀器包括由探測電極、前置放大器、濾波、調(diào)整電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)以及調(diào)頻發(fā)射電路、電極脫落檢測電路、電源變換電路組成的便攜式發(fā)射機(jī)和由接收放大電路、解調(diào)、解碼電路及接口與控制電路組成的接收卡電路。本儀器具有抗干擾性強(qiáng)、工作可靠、功耗低、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小等特點(diǎn)，可方便地與PC機(jī)聯(lián)機(jī)，進(jìn)行心電數(shù)據(jù)實時分析、存貯、回放、報警、顯示、適用于醫(yī)院的病人監(jiān)護(hù)及家庭的自我護(hù)理。
文檔編號A61B5/0402GK2216391SQ9520888
公開日1996年1月3日 申請日期1995年4月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月28日
發(fā)明者白凈, 朱澤煌, 單紅旭 申請人:清華大學(xué)