基于STM32的心电采集仪设计

　　2.3带通滤波器的设计

　　从前置放大电路输出的心电信号还含有较大直流分量和肌电信号，基线漂移等干扰成分，所需采集的有用心电信号在0.03~100 Hz范围之间，因此需设计合理的滤波器使该范围内的信号得以充分通过，而该范围以外的信号得到最大限度的衰减，这里采用具有高精度，低偏置，低功耗特点的两个OP07运放分别组成二阶有源高通滤波器和低通滤波器，高通滤波器由C11，C17，R7，R10组成，截止频率f1≈0.03 Hz，低通滤波器由R8，R9，C10，C13组成，截止频率约为f2≈100 Hz，系统带通滤波器的电路如图4所示。

　　图4带通滤波器

　　2.4 50 Hz双T陷波器设计

　　工频是心电信号中最主要也最常见的干扰源，虽然前面的右腿驱动电路对其有一定的抑制作用，但是仍有较大部分进入了后面的电路，因此有必要设计截止频率为50 Hz的带阻电路来进一步滤除干扰，带阻电路也称陷波器，顾名思义，带阻电路就是使某特定频率范围内的信号大幅衰减，而对该频率范围外的信号几乎不产生影响。双T陷波电路是典型的带阻电路，在双T网络中，两个T型网络的参数是对称的，如图5所示的50 Hz双T陷波电路中，R13=R14=2R16=R=32 kΩ，C20=2C19=2C18=C=200 nF，本质上是由两个T型高通滤波器和低通滤波器并联组成，图5所示电路的截止频率f0=1/2πRC≈50 Hz.

　　图5 50Hz带阻滤波器

　　2.5主放大以及电平抬升电路设计

　　心电信号的幅度约为0~4 mV，STM32 AD转换的输入电平要求为3.3 V，因此，为了单片机能够处理采集到心电信号，需将采集到的模拟信号放大800~1 000倍。前置放大电路已放大了10倍，理论上主放大电路约放大100倍即可。为确保信号不失真，一般单级放大不超过10倍，因此，可采取两级放大的方式来达到放大100倍的效果，U9固定放大10倍，U11的反馈电阻采用可调电阻，这样就可以通过变阻器的调节达到放大100的效果。此外，因为STM32单片机的A/D采集不能采集负电平，因此这里设计了如U7所示的电平抬升电路把心电信号提到0电平以上，方便单片机采集。

　　图6主放大以及电平抬升电路电路

　　3软件设计

　　得到心电信号后要输入STM32进行AD采集和软件滤波，最终送LCD实现波形显示，单片机初始化后，程序设计定时器每6 ms中断一次，在中断函数里，对读取到的A/D值采取均值滤波的形式滤除干扰，然后把之转换与彩屏对应的坐标值，在彩屏上画线实现波形的实时显示，整个系统的程序流程如图7所示。

　　图7系统软件流程图

　　4测试结果分析

　　通过电极片和三导联线在人的左臂，右臂，右腿部采集心电信号经前端模拟电路和STM32处理后，最后在示波器和彩屏上得到的心电信号如图8所示。

　　图8系统效果展示图

　　从彩屏和示波器上所得的心电图来看，50 Hz工频信号和基线漂移得到了较好的抑制，从示波器上可看出，相邻两个波峰之间的时间大约为900 ms，这与真实的心电信号基本吻合，图像清晰稳定，能够较好地反映人体心电特征。

　　5结束语

　　本设计实现的是以STM32为控制核心，以AD620，OP07为模拟信号采集端的小型心电采集仪，该设计所测心电波形基本正常，噪声干扰得到有效抑制，电路性能稳定，基本满足家居监护以及病理分析的要求，整个系统设计简单，成本低廉，具有一定的医用价值。