基于MXT8051的便携式脉搏&心电监测仪

　　脉搏探测

　　系统采用红外对管ST168(成本1元)作为光电探测器，探测器在驱动电路下工作如图3所示。发光LED用1KΩ电阻限流，工作电流在2.5mA左右。接收端为光电三极管，在射极加上偏置电阻为150KΩ，组成共集电极放大电路，光电三极管发射极输出的信号即为被脉搏信号调制过的微弱电信号。电信号经过MXT8051片上运放OP0放大后;输送给MXT8051片上的AD进行数模转换，成为数字信号;数字信号再经MXT8051进行数字滤波后存放显存区以便TFT-LCD显示。

　　心电采集

　　生物学原理：心脏位于体液之中，如同一个电池放在含盐溶液中一样，心脏相当于一对电偶，每次激动所产生的电流，必然通过体液传导，在其周围形成一个心电场。心电场可以在体表各点形成电位差，因此通过测量体表电位差即可测量出心电信号。由于体表所记录到的电位强度与下列因素有关：

　　1.与心肌细胞的数量成正比;

　　2.与探测电极的位置和心肌细胞的距离的平方成反比;

　　3.与探测电极的方位和心脏去极的方向所构成的角度有关，角度越大电位越小。

　　心电信号反映了心脏兴奋(除极)的产生，传导和恢复过程中的生物电变化。标准的心电图模型如图4所示。心电信号各个波段代表不同信息，具体如下：

　　P波：代表心房除极过程：故P波的异常常是代表心房的问题 ;

　　PR间期：代表心房除极开始至心室开始除极，故其时间延长可见于房室传导阻滞;

　　QRS波群：心室除极全过程。若出现宽大畸形QRS波群，常代表心室出问题;

　　ST-T：心室复极全过程。故其异常亦多为心室的问题;

　　QT间期：整个心室活动过程。

　　电路原理：心电是体表的弱信号，大概在0.1mV~5mV之间，频率范围大概在0.1Hz-100Hz之间。信号采集首先需要将心电放大到CMOS电平。由于心电信号被深埋在强度高于其几十个dB的共模50Hz工频信号中，因此，心电信号的前置放大器需要使用共模抑制比非常高的仪表放大器。

　　本文选用TI公司的INA331单电源仪表放大器作为前置放大器，INA331是一款超低功耗仪表放大器，系统设计参考INA331说明书中的推荐电路，如图5所示，经实验测试，对实际参数进行了少许调整。将来自两手拇指端的心电信号经INA331放大15倍后，送入中间级放大器再放大100倍，这样即可得到幅值大于1V心电信号。为滤除信号中的噪声，在中间级放大器上集成了一个二阶低通滤波器，滤除信号中的高频噪声。但此时的心电信号仍含有非常强的50Hz工频干扰，需要进一步对信号进行50Hz陷波处理。