基于DSP的心电监护模块设计方案

在输入输出端都加上光电耦合器。

R波的精确定位是心电监护模块的一个重要功能，它关系到后面进行心率计算及心律失常分析结果的正确性。一个正常人完整的的心电波形由P、Q、R、S、T五个部分组成，其中R波和T波的幅值相对较高。心率计算通常是根据心电波形中R波的间距来推算得到。但在少数异常波形中，T波的幅值会超过R波，如果把T波误判为R波来进行心率计算，则会产生很大的误差。通过对大量的心电信号进行频谱分析，发现R波通常位于0~33Hz的频率范围内，而T波位于0~9Hz的频率范围内。为了在心率计算时消除Ｔ波可能引起的干扰，我们设计了一个有源带通滤波器，其中心频率f0=12.867Hz，带宽B=f0/Q=5.629Hz，下限截止频率f1=10.3565Hz；上限截止频率f2=15.9855Hz。标准心电信号通过该带通滤波器前后的波形如图3所示。可以看出，频率相对较低的T波有很大的衰减而R波基本保持不变。

3 软件设计

该心电监护模块的软件由两部分组成。一是运行在TMS320F206片内FLASH MEMORY中的系统监控程序，二是运行于PC机端的图形界面用户程序。前者对实时性的要求较高，为提高运行效率，采用TMS320C2XX汇编语言编写，经汇编、链接后在外部程序RAM中调试，调试成功后烧写到TMS320F206的FLASH中。它主要由如下几个功能模块组成：①系统初始化模块。完成RAM、ADS774、中断以及定时器等外设的初始化设置；②定时采样模块，进行四路信号的分时采集，经预处理后存入数据RAM；③心率、呼吸率计算和体温插值运算模块；④512点心电信号的基2 FFT运算模块；⑤异步串行通信模块，实现与PC机之间的通信协议。

下面简要介绍一下心率计算模块的算法。设dR-R是相邻两个R波的间距(即两个R波之间有dR-R个采样点)，由于心电通道的采样率为250Hz，所以250÷dR-R即为一秒钟内R波的个数，60×250÷dR-R即为一分钟内的心跳次数。因此关键在于对R波进行准确定位。算法流程如图4所示。其中F I 为数据RAM中最新的1024个心电信号值，一次运算后， FIFO即被刷新，准备进行下次运算。 图5显示了R波的定位结果，"X"标识出查找到的R波最高点。

为了验证这个算法的正确性，我们以BIO-TECH心电信号仿真器产生的标准心电信号作为测试信号，发现它对正常信号和大部分异常信号均能准确地测出心率。

4 模块调试过程

整个心电模块的调试过程分三个阶段：①硬件调试，确保DSP板上的各器件均正常工作，这是进行软件调试的基础；②TMS320F206端软件调试，采用模块化方法，对各个功能编写相应的子程序，分别调通各个功能模块，然后把这些模块通过接口组装起来，实现整个系统的功能；③图形用户界面GUI软件调试，与TMS320F206的通讯模块调试同时进行，确保数据的正确收发，并在此基础上逐步增加新的功能。
调试结束后，用仿真器的FLASH烧写程序将目标代码通过JTAG口下载到TMS320F206中去，实现整个系统的脱机运行。

本系统已经达到设计任务书规定的要求，但还具有进一步扩展的潜力。软件方面，由于采用模块化设计，可以方便地增加新的功能模块，如自相关处理等；在硬件方面，TMS320F206和外围芯片的接口逻辑目前是用小规模集成电路实现，今后可改用PLD或FPGA芯片编程实现接口逻辑，减少芯片的数量，提高系统的可靠性。