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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
( l) L( j. x- W" j号多通道数据采集终端的硬件研制。系统硬件主要包括干
+ X! X: a6 E' u% D/ b扰抑制电路、滤波放大电路以及单片机信号采集电路。采用
0 n8 u, H! r( |6 L普通Ag／AgCl电极、压电陶瓷器件、热敏电阻作为传感器采
9 N% W1 Y* j; @集心电信号、脉象信号和体温信号。利用单片机对获取的清8 f! v) V9 p/ S2 ] R7 M& t& y
晰生理参数信号，进行采样处理、存储和传送。实验结果表
3 c; ^, o9 N8 N& n; x明．基于单片机C8051F300控制的微弱生理信号多通道采集( C0 A* A3 P+ G( I
系统可实时采集、保存与处理心电、脉象、体温等生理信号
4 q& y5 {) Q+ i b7 @数据。并具有体积小、功耗低、性能稳定等优点。! L+ o) W }( H0 K- o
( T$ s( y' {8 n5 c" z, x
) {9 u3 R t. c引言
/ F; z- a9 J% L3 X6 \) {生理参数是表征人体生命指标的最基本、最重要
3 h5 z* m1 c& Q7 Q2 p的参数。但目前国内的监护仪一般功能单一，多为0 \8 j' L. a% t& T+ k. F
CRT显示，体积较大，移动不方便，为了能及时有效的
" i+ R2 H3 O0 v4 V( }* j对病人进行生理监控，设计一种便携式生理监护装置
0 }4 \5 u3 f/ {* C+ r% Z* |' H8 Y成为一种趋势。它有利于在出现紧急情况时。对病人
: {6 v) `& y, I* t* E; j7 @8 E3 ]进行及时有效的治疗和抢救处理。0 z6 p) [ ?9 h3 n1 i
针对这一思想作者设计了一种基于单片机的生& `7 Z0 K- D: I% a
理信号多通道采集系统，该系统以C8051F300单片机6 W, C1 o8 p0 D/ K% i0 K6 j+ i9 v1 b
8 |, Z o4 K2 K: c v p; h: Q$ l5 H
为核心，通过各种硬件电路对人体的基本生理参数如! v m, [- H" I" S& g2 L" l5 n
心电、脉象、体温等进行采集、跟踪和监控，并对获取
1 x% m1 l C2 ]7 z的信号数据进行处理和传送，以点阵式液晶显示屏
" I$ S. M' h3 @- J/ p1 cLCD最为显示屏，实现生理参数的实时跟踪与处理。
0 j1 O% F# J4 U. k3 s+ U该设计监测参数多，设计紧凑、体积小，功耗低并且携* @$ `) f4 Z9 C5 @! j1 v: l( k
带方便。- u: `/ M6 C h- n* d7 ~" \
1系统工作原理
' J& Z% |, V" Z: B* m* I* i; t% @该生理信号采集系统以C8051F300单片机2 w6 A& V- l6 R, t) F P4 \
为核心，辅以各种电信号处理电路。通过信号检
, j: ]: w+ q U% b9 ?$ c$ s测与预处理模块将微弱生理信号转换成电信号，并对
2 L& f- K2 H8 r; U; `其进行干扰抑制、信号滤波放大等预处理。最后通过1 C$ v, i) q) q( W) m0 ^* w
数据提取与处理模块对信号进行采样、量化并显示。# s3 P; [% O! p* D3 N! k
生理信号的微弱性决定了采集电路中前置放大- h0 Y$ @' ?! u" Y; B6 V& t N
器是其核心，因此对生物电放大器的前置级有下述要
2 c; H1 I9 W( {* ?求：高输入阻抗、高共模抑制比(CMRR)、低噪声、低漂
: g' j4 W! L1 w! c移、高增益、动态范围大且性能稳定。在提取了生物电
$ `- C: S+ f( B6 [$ n信号后，模拟滤波器是信号预处理电路中的基本单7 n& x" K: L2 j( g7 V, Q0 ~
元．它实质上是一种选频电路，允许指定频段的信号" W* x& U1 {2 b h& o" S
通过，而将其余频段的信号加以抑制或使其急剧衰& s+ k( P- S8 T6 e
减。同时，抗干扰和低噪声是生物信号测量的基本条
/ E7 w% p+ R! K) p* v, [件，可以通过合理接地、屏蔽、去耦、系统内部干扰抑
2 `4 a$ ?' ]% Q8 J) ^2 M制等方法，减少环境和系统本身引入的干扰。采用隔( P4 x# D' n) l; q8 G) ~) D: H0 V
离级设计，实现人体的电气隔离，不但保障了人体的
+ E7 v# ^+ j3 T: J* a, [9 m0 x绝对安全．而且消除了地线中的干扰电流。完成了生& ~$ s* r% Q2 _; ]
理信号的采集及预处理后，由单片机进行A／D转换，
. l7 x2 k- B- b+ Z+ `, W8 J及数据传输。
) S: {" t0 D" |7 N2系统结构
0 p0 \) e& K# z整个硬件电路分为模拟部分和数字部分，模拟部
9 V. Z* V) u- N. w+ n# z分为系统实现的关键环节。设计过程中要针
% y* t2 h$ [ u L4 h" a对生物信号的自身特点，采取相应的措施，获得
; h0 H' }" f% N9 D$ ^高信噪比的生物电信号。系统硬件原理框图1所示。9 b! K% E% b* P5 X& b2 N- m
各种电极、传感器、热敏电阻完成多种生理信号
4 r3 I+ `+ J- l; X% _的采集，放大滤波电路实现信号的去干扰及增强，单
# Z4 S8 g; w r- V( I片机承担数据的检测、存储与传输。
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L, q4 @. _2 P% E; c附件下载：! a/ Q& ]! R2 i1 E' D* ~9 R1 Y
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发表于 2019-12-27 10:30
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