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1、ECG 说明书 一．ECG系统概述 ECG系统是提供在嵌入式系统下采集心电信号数据专用系统。ECG系统将信号发生器感应数据经过导联线传输到系统中，所以整个ECG系统会被集成一个整体。 二．ECG系统整体框架 2440主板 ECG 系 统 软 件 心 电 采 集 模 块 信 号 发 生 器 导联线 串口
2、 三．ECG系统具体介绍 1.信号发生器 本信号发生器产生波形是正常心电波形，信号发生器上有四个按键依次是选择键，增加键，降低键，确定键；信号发生器上电后自动产生波形1正常心电波形。信号发生器上LED显示管若是在5秒内没有操作按键时会自动关闭显示节省电源，按任意按键则触发再次显示。信号发生器上有四个按键，依次是选择键，增加键，降低键，确定键。其中选择键是用来选择要改变参数，共有4个LED管来显示4个代码，分别代表显示内容，1代表波形代码，2-4代表要更改参数（2是数值百位，3代表十位，4代表个位）LED管右下脚亮点，表示现在选择内容；能够进行更改。增加键是当使用选择键选择好更改内
3、容后，使用此键进行参数更改。减小键是当使用选择键选择好更改内容后，使用此键进行参数更改。确定键是当参数更改完成后，此键确定后将确定参数更改，并产生对应波形。信号发生器以下图所表示: 2.导联线 导联线是用来将信号发生器产生数据传送到主板上，因为心电噪声背景比较强,测量条件比较复杂，所以选择导联线精度要求较高。导联线以下图所表示: 3.心电采集模块 采样模块是专门为采样心电图而设计，它有八个差分信号输入通道，因为模拟输入端含有高达100M输入阻抗，所以它能够直接连接高阻信号源，模块以串行方法输出采样数据。 具体实际参数设置可参见附录。 4.ECG系统软件
4、 4.1硬件环境 运行环境: 2440开发板(接入电源是12伏) 运行操作系统: wince5.0 存放位置: 2G SD卡 4.2 软件编程环境 Visual Studio 专业版 4.3 软件编程语言 VC++ 4.4 ECG系统软件简单介绍 其中”Type”下拉列表中是有12组心电图波形对应名称，分别是I,II,III,avR,avL,avF,V1,V2,V3,V4,V5,V6,您在测量显示波形时必需要选择您想看到波形名称。 ”Mode”下拉列表中显示了心电图在Wilson这个模式下对应
5、波形，您也必需要选择该模式，不然系统会跳出提醒框提醒您进行选择。 ”Start”按钮则是开始进行心电图数据采集和波形图显示。 ”Stop”按钮则是停止数据采集和波形图显示。 4.5 ECG系统软件说明 ECG系统软件提供了在2440开发板能够进行心电图数据采集，波形图显示数据一个通道。用户能够参考，使用该系统能够进行二次开发。 附录 心电采集模块手册 一．模块介绍 AIKD812-256心电图采样模块是专门为采样心电图而设计产品，它有八个差分信号输入通道，因为模拟输入
6、端含有高达100M输入阻抗，所以它能够直接连接高阻信号源，模块以串行方法输出采样数据。她是使用精密运算放大器、24位模数转换器和高速处理器，配合有效数字滤波器算法，使得本产品很轻易在强噪声背景、高输出阻抗环境下获取微小心电图信号。且整个电路被封装在1.5×1.5×0.381英寸模块内。 二．性能 l 同时12导联采样 l 单5V电源供电 l 信号地：浮地，等效于右腿开启之直流电平 l 模拟通道：8通道 l 模拟输入：差分输入 l 共模驱动：提取共模信号，反向驱动 l 高共模抑制比：110dB（经典值） l 高输入阻抗：100 MΩ（经典值） l 低等效输入噪声：15uV
7、最大值） l 采样频率：2400点/通道 l 数据输出：500点/通道或1000点/通道 l 输出数据：12位 l 差分输入范围：±8mV l 输出方法：串行接口，8位数据位，1为停止位，非校验 l 内置数字滤波： 工频滤波器：关闭或陷波频率50、60Hz可选 高通滤波器：时间常数0.3、0.5、0.8、1.6、3.3s可选 低通滤波器：截止频率26、36、45、54、60、77、150Hz可选 三．应用 l 心电图机/工作站 l 脑电图机/工作站 l 高阻小信号直接采样（比如：其它生物体信号） 四. 引脚定义 引脚次序跟一般IC类似，顶面点状标志对应下方引
8、脚为1号引脚。 引脚 名称 含义 引脚 名称 含义 1 XRF 右腿驱动 15 +5V 电源，必需是+5V 2 SH 导联线屏蔽驱动 16 +5V 电源，必需是+5V 3 XC6 连接C6电极（胸电极） 17 DGND 数字地 4 XC1 连接C1电极（胸电极） 18 RXD 串口接收端 5 XC5 连接C5电极（胸电极） 19 TXD 串口发送端 6 XLF 连接LF电极（左腿） 20 NC 必需悬空，不做任何连接 7 XC4 连接C4电极（胸电极） 21 NC 必需悬空，不做任何连接 8 X
9、LA 连接LA电极（左手） 22 SEL 必需接10K电阻上拉到电源 9 XC3 连接C3电极（胸电极） 23 NC 必需悬空，不做任何连接 10 XC2 连接C2电极（胸电极） 24 NC 必需悬空，不做任何连接 11 XRA 连接RA电极（右手） 25 NC 必需悬空，不做任何连接 12 SH 导联线屏蔽驱动 26 NC 必需悬空，不做任何连接 13 AGND 模拟地 27 NC 必需悬空，不做任何连接 14 AGND 模拟地 28 NC 必需悬空，不做任何连接 五. 参数 心电图采样模块供电应该在下表
10、范围内，不然可能引发永久性损坏。除非另外说明，下列参数测试条件为：常温、+5V供电、屏蔽驱动和右腿驱动均使用。 参数 条件 最小 经典 最大 单位 模拟通道 8 采样频率 每个通道 2400 Dot 数据输出速率 每个通道、不一样导联体系 500/1000 Dot 数据输出位数 每个通道 12 Bit 模拟输入范围 每个通道 -8 +8 mV 频带宽度 每个通道 150 Hz 输入阻抗 DC 100 MΩ 共模抑制比 110 dB 输入噪声
11、 15 uV 工频滤波器凹口频率增益 凹口频率50（缺省）、60可选 -20 dB 低频滤波器 时间常数 0.3、0.5、0.8、1.6、3.3（缺省）可选 高频滤波器 截止频率 26、36、45、54、60、77、150（缺省）可选 电源电压 4.85 5 5.15 V 电源电流 57 mA 工频数字滤波器在50Hz和高频数字滤波器滤波器在截止频率45Hz下模拟结果以下图所表示，低频滤波器测试方法符合GB1139要求，在此不反复叙述。 50Hz下工频数字滤波器
12、 ft=45Hz时候高频数字滤波器滤波器 能够看出：工频数字滤波器在凹口频率点衰减靠近∞，在强工频干扰下，对噪声信号有很好抑制作用，下图说明了实际心电图滤波效果，其中上图为带有工频干扰心电图波形，下图为滤波后波形。 六. 接口电路 心电图采样模块输入端能够直接接人体，不过心电图机标准要求心电图机能防除颤，所以在模块输入端应该加放电元件，避免去颤信号损坏心电图机。 心电图采样模块以UART串行方法输出数据，3.3VTTL电平输出，数据格式为8位数据位，1为停止位，非校验，采取115200波特率。 物理上，心电图采样模块能够和处理器直接对接以采样心电图信号，不过心电图机标准
13、有安全要求，需要在供电和数据链路上进行电气隔离。在UART接口上隔离是一个最方便廉价方法。 以下图所表示。 七. 命令描述 主机向心电模块命令共20字节，不需要附加字节用填充0。 AIKD（0x41，0x49，0x4b，0x44）＋ 命令（1） ＋ 附加字节（14）＋ 校验和（1） （0） （1） （2） （3） （4） （5－18） （19） 命令分类 命令字节 命令描述 波形数据传输命令 （送数命令发出后，模块开始连续送数据） 0X15 第一附加字节决
14、定传输开关 0＝停止送数（上电缺省） 1＝根据Wilson导联体系开始送数 2＝根据Frank导联体系开始送数 滤波器控制 （控制方法见下面说明） 0X25 第一附加字节：工频滤波 0＝关，12＝50Hz，10＝60Hz，缺省＝12 第二附加字节：基漂滤波 0＝3.3s，时间常数控制，缺省＝1 第三附加字节：肌电滤波 0＝150Hz，截至频率控制，缺省＝0 起搏检测导联 （对带起搏检测模块有效） 0X26 第一附加字节：导联编号 0－7表示II、III、C1－C6导联 复位命令 （此命令让波形快速复位） 0X35 不使用附加字节 握手命令 （用此命
15、令识别模块） 0X45 不使用附加字节 模块应答15字节 注意：校验和不正确命令将被忽略。 八. 滤波器控制 对应“命令描述”中附加字节，对滤波器控制采取以下方法： 数字滤波器 控制方法 缺省 工频滤波器 第一附加字节 0 12 10 12 凹口频率（Hz） 关闭 50Hz 60Hz 低频滤波器 第二附加字节 1 2 4 6 10 1 时间常数（s） 3.3 1.6 0.8 0.5 0.3 高频滤波器 第三附加字节 0 7 9 10 12 15 21 0 截止频率（Hz） 150 7
16、7 60 54 45 36 26 九. 数据格式 当发出波形数据传输命令后，模块连续上传采样数据，每2ms发送一个数据包，每包16字节。 假如模块采取Wilson体系送数，数据包内包含II、III、V1-V6导联数据，由上位机计算I、avR、avL和avF数据，计算方法见后面说明。 假如模块采取Frank导联体系送数，数据包内包含前后两个点X、Y、Z波形值，X1、Y1、Z1在前，X2、Y2、Z2在后，所以在此方法下，采样点是1000dot/s 下表叙述了数据包组成和含义。 心电模块向主机数据帧由16个字节组成（Wilson导联） 高2位
17、 低6位 第0字节 1 SEL II高字节 第1字节 0 D1 II低字节 第2字节 0 D2 III高字节 第3字节 0 D3 III低字节 第4字节 0 D4 C1高字节 第5字节 0 D5 C1低字节 第6字节 0 D6 C2高字节 第7字节 0 D7 C2低字节 第8字节 0 D8 C3高字节 第9字节 0 D9 C3低字节 第10字节 0 D10 C4高字节 第11字节 0 D11 C4低字节 第12字节 0 D12 C5高字节 第13字
18、节 0 D13 C5低字节 第14字节 0 D14 C6高字节 第15字节 0 D15 C6低字节 心电模块向主机数据帧由16个字节组成（Frank导联） 高2位 低6位 第0字节 1 SEL X1高字节 第1字节 0 D1 X1低字节 第2字节 0 D2 Y1高字节 第3字节 0 D3 Y1低字节 第4字节 0 D4 Z1高字节 第5字节 0 D5 Z1低字节 第6字节 0 D6 X2高字节 第7字节 0 D7 X2低字节 第8字
19、节 0 D8 Y2高字节 第9字节 0 D9 Y2低字节 第10字节 0 D10 Z2高字节 第11字节 0 D11 Z2低字节 第12字节 0 D12 0 第13字节 0 D13 0 第14字节 0 D14 0 第15字节 0 D15 0 状态位定义：（SEL决定了其它位定义） 数据位 SEL=0 数据位表示内容 SEL=1 数据位表示内容 D1 RA (0＝正常，1＝脱落） 工频滤波器[D2…D1] 0＝关闭，1＝50Hz，2＝60Hz D2 LA (0＝正常，1＝脱落） D3 RF (0＝
20、正常，1＝脱落） 基漂滤波器[D5…D3] 0 1 2 3 4 3.3 1.6 0.8 0.5 0.3 (秒) D4 LF (0＝正常，1＝脱落） D5 C1 (0＝正常，1＝脱落） D6 C2 (0＝正常，1＝脱落） 肌电滤波器[D8…D6] 0 1 2 3 4 5 6 关 26 36 45 54 60 77 (Hz) D7 C3 (0＝正常，1＝脱落） D8 C4 (0＝正常，1＝脱落） D9 C5 (0＝正常，1＝脱落） 起搏检测导联[D11…
21、D9] 0 1 2 3 4 5 6 7 II III V1 V2 V3 V4 V5 V6 D10 C6 (0＝正常，1＝脱落） D11 导联体系 (0=Wilson，1=Frank) D12 基线复位 (0=正常，1=复位) 备用 D13 起搏信号 (0=无起搏，1=有起搏) 备用 D14 备用 备用 D15 备用 备用 Wilson导联体系下其它导联计算方法 I = II - III II = 数据包中II导联值 - 2048 III = 数据包中III导联值 - 20
22、48 avR = III/2 - II avL = II/2 - III avF = (II+III)/2 V1 = 数据包中C1导联值 - 2048 V2 = 数据包中C2导联值 - 2048 V3 = 数据包中C3导联值 - 2048 V4 = 数据包中C4导联值 - 2048 V5 = 数据包中C5导联值 - 2048 V6 = 数据包中C6导联值 - 2048 十. 注意事项 1、 屏蔽 心电图采样模块输入阻抗很高，轻易受到噪声干扰，所以应该把输入回路尽可能屏蔽，包含模块外面裸露小信号部分，不然噪声将窜入信号输入模块，使得波形带有较多噪声。
23、 屏蔽层接模块提供屏蔽驱动信号，这么能够得到最好效果。 2、 电源 心电图采样模块内含精密放大器和高精度AD变换器，即使在电路设计时候，考虑了对电源滤波，而且采取对电源噪声不敏感电路结构，可对电源仍然有较高要求，请注意以下几点： l 电源应该有足够驱动能力，而且有尽可能小纹波 l 依据电源噪声特点，选择适合电源滤波器，比如使用电源有高频器件，应该使用高频磁珠，有大电流器件时，应该使用较大滤波电容或有源滤波电路等 3、 相关除颤 提议防除颤电阻置于模块周围，采取10K电阻，电阻功率最少1W，不主张使用在导联线上集成该电阻，这时放电管放电电压取75V，而且应该有相关安全认证。 该部分也属于应该屏蔽区域。 4、 相关隔离 和电网良好隔离，不仅是安全需要，对于噪声抑制也很有好处，所以必需认真考虑。 隔离效果依靠隔离器件和电路板工艺，最终让电解质强度和漏电流满足GB9706安全要求，这时模块会处于良好“浮地”工作状态，能够得到光滑心电图。 电源隔离采取高隔离电压DCDC，最少应该是4000V，信道隔离通常采取高速数字光耦，比如HCNW136，也能够采取类似AD企业AduM系列隔离器件，这些器件全部有相关安全认证。
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