基于AD8221的单电源心电信号采集方法

这个电阻应当选用高精度、低温漂的金属膜电阻，以保证AD8221的低噪声性能。AD8221的REF管脚没有接地，而是和一个低通滤波器构成 负反馈回路，以便能有效地滤除直流分量，从而使U1处的电压始终箝位在1.25V。因为是单电源供电，而不同导联的心电信号电压有正有负，所以一定要提供一个合适的箝位电压。ADuC7020的AD转换模式下电压输入范围是0-2.5V，这里就选择中间值1.25V作为箝位电压。

AD8221输出的单端信号幅值非常小，其中还混有大量干扰，无法进行数据处理。后级滤波放大电路由一个增益较大的有源低通组成，增益可调。不同人的心电信号强弱不一样，考虑到有衰减，一般将该增益设为150倍。系统的传递函数为：

这两个低通滤波器都要求具有低电压偏移、低温漂和低噪声特性，ADI公司的轨到轨输入输出双运放AD8607能够很好地满足这些要求。由于第二级放大器是反相端输入，所以最后得到的信号是反相的，这可以在软件中再作处理。

从保护病人和提高系统的共模抑制比两方面考虑，必须将共模信号反相并放大后，再反馈给人体，这样系统和人体就共同构成了一个电压并联负反馈网 络，即通常所说的右腿驱动电路。由ADuC7020对处理后的心电信号进行AD转换，选择定时器控制的ADC采样模式。一次A/D转换结束，触发ADC中断，在中断服务程序中对数字信号进行处理。

处理心电数字信号的关键是对心电信号中QRS复波的精确识别。正常人的QRS波群的宽度为0.06至0.10秒，且不受心律变化的影响。针对R 波很尖锐的特点，我们通过一个滑动时间窗判断信号峰、谷是否满足要求，同时确认其是否在时间窗内。对信号幅值的阈值采用双可变阈值法，即对波形设置波峰阈值和波谷阈值。如果峰阈值和谷阈值在一段适当时间内有较大变化，则重新设置峰阈值和谷阈值。下面我们将对QRS复波定位和心律计算进行讨论。对起始一段时间的信号只进行反相和滤波处理，这是为了将倒置的心电信号恢复过来，并避免信号初期的波动影响阈值。然后在一定的时期内，根据采样得到的数据设置峰阈值 Thpeak 和谷阈值THtrough，然后对QRS波进行定位。最后，按以下步骤(见图3)进行数据处理。

图3：数据处理的基本步骤

读取新采样点Ni：

1)判断采样的信号点幅值是否大于峰阈值Thpeak。如果不满足，则回到第1)步。

2)如果满足条件，则开始计数n＝1，并记录n值为peaktime1。将时间窗的起始边滑至此处。

3)继续采样Ni+1，每采样一次则n＋1。

4)判断新的采样点Ni+1是否小于谷阈值。如果不满足，则回到第4)步。

5)如果满足采样点小于谷阈值Thtrough，则记录该点的n值为troughtime1。

6判断这两次满足幅值要求的信号点时刻troughtime1和peaktime1之差是否在时间窗内，即是否小于窗宽度THtime。如果不小于THtime，则回到第1)步。

7)如果满足，则这段信号被认为是一个QRS波群。Peaktime1就被定位为一个R波。

有了定位的R波，就可以在此基础上按以下步骤统计心率：1)找到第一个R波，并记录n值为peaktime1；2)找到第二个R波，并记录n值为peaktime2；3)按照以下公式计算心律。

实践证明，采用这种算法计算得到的心律准确率高、计算简便、易于实现，并最终在PC机上观察到心电信号波形和心律值。