微弱生理信号在多通道数据采集系统中的研究与实现

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摘要：介绍了一种基于单片机C8051F300控制的微弱生理信
; O; u( I, x+ c2 t号多通道数据采集终端的硬件研制。系统硬件主要包括干
$ M9 [% J4 Z8 ~扰抑制电路、滤波放大电路以及单片机信号采集电路。采用
1 F: e: S7 K: A1 w3 U2 }普通Ag／AgCl电极、压电陶瓷器件、热敏电阻作为传感器采
集心电信号、脉象信号和体温信号。利用单片机对获取的清
) F# u4 E) L! B5 S( J! i晰生理参数信号，进行采样处理、存储和传送。实验结果表
明．基于单片机C8051F300控制的微弱生理信号多通道采集
' K6 ?% X. P% y: [% {. e+ b系统可实时采集、保存与处理心电、脉象、体温等生理信号
数据。并具有体积小、功耗低、性能稳定等优点。


引言
9 b7 R1 `/ P4 f' @0 O生理参数是表征人体生命指标的最基本、最重要
的参数。但目前国内的监护仪一般功能单一，多为
: i% [: Q7 i% Y9 G+ E# Q2 z: ACRT显示，体积较大，移动不方便，为了能及时有效的
对病人进行生理监控，设计一种便携式生理监护装置
: r* @- I) ^( x% c- Y; n$ U8 d成为一种趋势。它有利于在出现紧急情况时。对病人
进行及时有效的治疗和抢救处理。
针对这一思想作者设计了一种基于单片机的生
理信号多通道采集系统，该系统以C8051F300单片机
* o' u, u  ~9 G( }% w
* @: ^: a6 `  n# A! M为核心，通过各种硬件电路对人体的基本生理参数如
( O9 ]* P% Q$ J! G9 v心电、脉象、体温等进行采集、跟踪和监控，并对获取
5 y) P! }% T* _5 z. c的信号数据进行处理和传送，以点阵式液晶显示屏
; a/ [: Y- B* K* g7 j) Z* }LCD最为显示屏，实现生理参数的实时跟踪与处理。
! Z3 a( B" K8 a& R该设计监测参数多，设计紧凑、体积小，功耗低并且携
& e! Z* H" A" X6 l. j3 R带方便。
5 n8 Z  U/ o; g) m; C1系统工作原理
该生理信号采集系统以C8051F300单片机
为核心，辅以各种电信号处理电路。通过信号检
% g, s( ~) y7 Y1 F5 b测与预处理模块将微弱生理信号转换成电信号，并对
其进行干扰抑制、信号滤波放大等预处理。最后通过
# C1 t: x' D4 A数据提取与处理模块对信号进行采样、量化并显示。
生理信号的微弱性决定了采集电路中前置放大
  h0 C* Y. P+ Q& Y器是其核心，因此对生物电放大器的前置级有下述要
求：高输入阻抗、高共模抑制比(CMRR)、低噪声、低漂
) Z4 d1 F3 }0 b9 e) n" b4 v移、高增益、动态范围大且性能稳定。在提取了生物电
信号后，模拟滤波器是信号预处理电路中的基本单
元．它实质上是一种选频电路，允许指定频段的信号
通过，而将其余频段的信号加以抑制或使其急剧衰
( K1 Z- w. L9 _& r" w2 H8 b减。同时，抗干扰和低噪声是生物信号测量的基本条
件，可以通过合理接地、屏蔽、去耦、系统内部干扰抑
制等方法，减少环境和系统本身引入的干扰。采用隔
- C$ B1 k2 ]; Y离级设计，实现人体的电气隔离，不但保障了人体的
% x/ ?( d" d# \9 H9 \绝对安全．而且消除了地线中的干扰电流。完成了生
理信号的采集及预处理后，由单片机进行A／D转换，
及数据传输。
2系统结构
' Y8 h! {/ V! G; w# o! Q6 u0 Z) g整个硬件电路分为模拟部分和数字部分，模拟部
分为系统实现的关键环节。设计过程中要针
! [6 A5 u! u- e# M; `对生物信号的自身特点，采取相应的措施，获得
高信噪比的生物电信号。系统硬件原理框图1所示。
! L# l- @% X, n% x3 @$ s各种电极、传感器、热敏电阻完成多种生理信号
" w& F/ `' D% e1 b0 @0 @$ M的采集，放大滤波电路实现信号的去干扰及增强，单
片机承担数据的检测、存储与传输。
* x/ Z1 n7 O) ]8 ~% b

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