基于MSP430的十二导联同步心电图机的设计

系统软件设计

心电图机的主控模块和功能模块按照系统功能框图设计、执行，微型十二导心电图机的系统软件功能框图如图5所示。



图4 数据采集模块原理图



图5 系统软件功能框图

心电信号的软件数字滤波

由于心电信号会不可避免地混入50Hz工频干扰，同时从人体获得的心电信号还含有由皮肤阻抗、呼吸及放大器的温度漂移等产生的基线漂移,而仅仅依靠硬件很难将其理想滤除，因此采用软件数字滤波的方法。图6显示了用MATLAB对加噪心电信号利用FFT方法滤除50Hz工频干扰的仿真实验结果。实验原始数据取自MIT/BIH心电数据库中的一段波形。由于实验采用的是矩形窗模拟滤波，在恢复时域信号时会有振铃效应，因此在实际使用中可根据需要选用合适的窗函数。

从滤波与处理效果看，快速傅里叶变换可得到信号的全部频谱，便于进行针对性处理，且可选择的窗函数多，对50Hz频移有很好的滤除效果。而自适应模板法与数学形态滤波法则分别适用于50Hz工频干扰的去除与基线漂移及高频噪声干扰的去除。本系统将以上三种滤波方法结合起来使用，当需要在液晶屏上显示心电波形时采用自适应模板法与数学形态滤波法，将数据传输到PC机中时可以采用快速傅里叶变换法对心电信号进行精确处理。

心电图机PC机端辅助软件的开发

本文设计的心电图机配有基于Visual C++6.0开发环境编写的PC机软件以扩展系统功能。将心电图机与PC机连接后，启动Windows心电数据采集程序即可在计算机屏幕上看到实时采集的心电波形，PC机心电信号显示界面如图7所示。



图6 利用FFT方法滤除50Hz工频干扰后的心电信号



图7 PC机心电信号显示界面

结束语

本文设计的心电图机采用了TI公司的高性能单片机MSP430FG4616和16通道低噪声Δ-Σ架构的24位模数转换器，能准确获取反应心电特征及其变化规律的心电信号，并可通过单片机的控制在液晶屏上以图形方式显示和存储，为实现家庭医疗远程诊断进行了前瞻性的研究。与常规设计相比，本系统具有性能稳定、精度高、抗干扰能力强等特点，具有良好的应用前景。