一種便攜式手指雙電極心電信號采集裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于心電信號(Electrocard1gram, ECG)采集和處理的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于雙電極的便攜式手指ECG采集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]心電圖是人體心臟跳動產(chǎn)生的生物電勢，反映了心臟興奮的電活動過程，它對心臟基本功能及其病理研宄方面，具有重要的參考價值。由于人與人之間的心臟位置、大小、形狀、胸部構(gòu)造、年齡、性別、體重、情緒和運(yùn)動狀況等因素都不相同，因此每個人的心電信號都是獨(dú)一無二的，ECG波形必然不盡相同。因此，可以利用心電信號的唯一性特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)人體的心電身份識別。綜上所述，采集人體的ECG，并分析其結(jié)果，不但可以用來作為臨床醫(yī)學(xué)診斷的依據(jù)，也可以作為一種生物特征，用來識別個人的身份。
[0003]目前，對于心電信號的采集方式主要還局限于臨床上使用的多導(dǎo)聯(lián)，該種采集方式雖然能夠比較準(zhǔn)確地采集和記錄人體的ECG，但是它在采集實(shí)現(xiàn)上條件較為苛刻，不僅要在相應(yīng)的皮膚上涂導(dǎo)電膠增強(qiáng)導(dǎo)電性，使用多個電極連接在人體的胸部及其肢體上，還要求測試者保持身體平躺，呼吸均勻，并且采集儀器一般呈現(xiàn)體積大、價格高昂等特點(diǎn)。這在一定條件下限制了家用ECG測量便攜設(shè)備的發(fā)展。然而人們在日常生活中需要隨時隨地把握自身的生理狀況。基于上述原因，人們迫切需要一種便攜的心電信號采集裝置，以實(shí)現(xiàn)對人體ECG進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，隨時隨地掌握自身的身體狀況，同時又能為類似于指紋識別的便攜式生物特征識別設(shè)備提供的支撐。
[0004]隨著傳感器、半導(dǎo)體集成技術(shù)以及醫(yī)學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，并且隨著人們對自身健康意識的日益增強(qiáng)，越來越多的公司已在不斷地對生物電信號的采集以及處理進(jìn)行相關(guān)的研宄和開發(fā)。例如，Plessey半導(dǎo)體公司開發(fā)的EPIC系列的生物電勢傳感器和神念科技研制的BMDlOl芯片，這些已有的技術(shù)在心電的采集和處理方面具有較強(qiáng)的能力，并能夠應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)便攜式心電設(shè)備，包括ECG的監(jiān)測和身份識別等領(lǐng)域。
[0005]因此，基于手指雙電極的心電信號采集裝置，實(shí)現(xiàn)ECG信號采集方式是單導(dǎo)聯(lián)，僅需通過雙手觸摸傳感器電極，再通過后續(xù)設(shè)計(jì)的信號處理電路，便能夠?yàn)楸銛y式ECG的監(jiān)測和身份識別新設(shè)備提供支撐。這有利于推動心電信號應(yīng)用在家用便攜式醫(yī)療輔助設(shè)備和具有一定安全要求的場所提供安全方面的保障，具有一定是實(shí)用意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型目的在于提出一種基于手指雙電極的心電信號采集裝置，能夠簡單高效的完成心電信號的采集和處理，并對便攜式的心電信號監(jiān)測設(shè)備和心電身份識別新設(shè)備提供一種支撐。
[0007]本實(shí)用新型由心電電極傳感器、前置濾波電路、BMDlOl芯片、電源控制電路以及藍(lán)牙傳輸電路組成。
[0008]所述的心電電極傳感器采用plessey公司的EPIC PS25101A，共有兩個，分別用于采集左手和右手的心電信號。
[0009]所述的前置濾波電路主要包括0.5Hz的低通濾波器、10Hz的高通濾波器以及50Hz的陷波器，用于對采集得到的心電信號進(jìn)行濾波，其中低通濾波器采用三階截止頻率是0.5Hz巴特沃斯高通濾波器，高通濾波器采用四階截止頻率是10Hz的低通濾波器。
[0010]所述的BMDlOl芯片接收來自前置濾波電路預(yù)處理后的心電信號，主要完成手指心電信號的主處理。
[0011 ] 所述的電源控制電路提供3.3V的穩(wěn)壓電源。
[0012]所述藍(lán)牙模塊用于將BMDlOl芯片輸出的數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙傳輸。
[0013]采集到的手指ECG信號通過藍(lán)牙傳輸，不僅可以傳輸至心電監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行顯示并分析，還能夠傳輸至便攜式心電身份識別設(shè)備進(jìn)行匹配識別。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果:使用雙電極構(gòu)造單導(dǎo)聯(lián)采集人體手指處的心電信號，不僅采集時簡單，受約束性小，而且能夠?qū)Ρ銛y式心電監(jiān)測和心電身份識別提供一種實(shí)用化的方法。
【附圖說明】
[0015]圖1為0.5Hz的低通濾波器電路原理圖。
[0016]圖2為10Hz的高通濾波器電路原理圖。
[0017]圖3為50Hz的陷波器電路原理圖。
[0018]圖4為BMDlOl芯片管腳圖。
[0019]圖5位電源控制電路原理圖。
[0020]圖6為藍(lán)牙傳輸電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖對該實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0022]本實(shí)用新型首先通過左手和右手連接的心電電極傳感器采集人體手指處的心電信號，使用3節(jié)干電池進(jìn)行供電，然后通過心電處理電路完成心電信號的處理，最后通過藍(lán)牙模塊電路將預(yù)處理和AD轉(zhuǎn)換后的心電信號傳輸出去，供后續(xù)開發(fā)使用。
[0023]本實(shí)施例中的心電電極傳感器為EPIC PS25201A心電傳感器。該生物電勢傳感器是一款超高阻抗的固態(tài)心電傳感器，在沒有低阻抗電路橫穿心臟的潛在危險的前提下，它可用作干接觸ECG傳感器，與常規(guī)的濕電極效果一樣好，甚至更好。PS25201A使用了積極的反饋技術(shù)，不僅降低了傳感元件的電容，而且提高了輸入阻抗，這些技術(shù)能夠?qū)π碾妶D的監(jiān)控和診斷提供極大的幫助。
[0024]如圖1所示為0.5Hz的低通濾波器電路原理圖。根據(jù)國內(nèi)外的相關(guān)研宄，ECG信號的有效頻率范圍大概是0.5Hz-100Hzo由于在采集手指ECG的過程當(dāng)中，會不可避免的引入一些干擾，干擾既來自生物體內(nèi)，如肌電干擾、呼吸波干擾、腦電信號干擾等；也來自生物體外，如工頻干擾、高頻電磁干擾、生物電極與體表產(chǎn)生的極化電壓干擾(多為不穩(wěn)定的直流信號，幅度可達(dá)300mV)、測量設(shè)備自身的干擾、信號拾取時因不良接地等引入的其他外來串?dāng)_等。
[0025]常見的有源濾波器設(shè)計(jì)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有兩種:多點(diǎn)反饋(Multipoint Feedback,MFB)和Sallen-Key。通常情況下，使用MFB構(gòu)造Filter用的較多是因?yàn)槠鋵υ笮〉淖兓^不敏感，但是在增益精度更為重要、采用單位增益Filter以及極點(diǎn)對值較低(Q〈3)等場合下Sallen-Key結(jié)構(gòu)用的較多。ECG信號屬于低頻信號，對于低頻信號的濾波來說，巴特沃斯濾波器的應(yīng)用較為廣泛，本文選用巴特沃斯濾波器構(gòu)造。圖中為三階截止頻率是0.5Hz巴特沃斯高通濾波器。
[0026]如圖2為10Hz的高通濾波器。同理，也采用巴特沃茲濾波器設(shè)計(jì)四階截止頻率是10Hz的高通濾波器，這對濾除高頻部分的干擾信號具有積極的作用。
[0027]圖3為50Hz的陷波器電路。由于ECG的頻率主要集中在50Hz左右，因此，容易受到通過電磁感應(yīng)方式從人體或者導(dǎo)線等途徑引入的工頻信號干擾，加上手指ECG十分微弱，工頻干擾就顯得十分突出，甚至可能淹沒ECG信號，從而為后續(xù)的信號處理帶來不便，為消除50Hz的工頻信號，需要設(shè)計(jì)陷波電路，如圖所示，可利用雙T網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)陷波電路的設(shè)
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[0028]圖4為BMDlOl芯片引腳圖及其相應(yīng)的說明。BMDlOl芯片是神念科技有限公司第三代生物信號檢測與處理的片上系統(tǒng)。BMDlOl具有高效的模擬前端電路和靈活強(qiáng)大的數(shù)字信號處理電路。它旨在采集和處理Uv到mv級別的生物信號。該采集處理芯片的集成度很高，面積非常小，長*寬為3mm*3mm。其相應(yīng)的引腳說明如圖所示。
[0029]圖5為電源控制電路原理圖。BMDlOl芯片的供電電壓為3.3V，為得到穩(wěn)定的3.3V電壓，需設(shè)計(jì)一個穩(wěn)壓電源電路，如圖所示，采用的芯片為SGM2020，它是具有低功耗、低噪聲、低壓差的CMOS線性穩(wěn)壓器。圖中VBAT為采集模塊的供電電壓，本電路設(shè)計(jì)的范圍是3.5V-5.5V，即可用三節(jié)干電池或者蓄電池供電，VDD為電源電路輸出的電壓3.3V，供采集模塊電路使用，電容Cl、C2和C3的作用是電源濾波電容，對高頻信號提供一個對地通路。
[0030]圖6為藍(lán)牙模塊電路原理圖。使用HC-06藍(lán)牙芯片實(shí)現(xiàn)手指ECG采集后的傳輸。HC-06藍(lán)牙模塊是一種低功耗、低成本的無線通信方式，工作電壓為3.1V-4.2V，藍(lán)牙波特率、設(shè)備名稱、配對密碼可用AT命令修改。該裝置的HC-06藍(lán)牙模塊設(shè)置的波特率為57600。藍(lán)牙模塊分為主機(jī)和從機(jī)，主機(jī)能和從機(jī)連接，而從機(jī)之間或主機(jī)之間無法連接，從機(jī)能與電腦及手機(jī)的藍(lán)牙進(jìn)行配對通信，該裝置使用HC-06藍(lán)牙的從機(jī)模塊。如圖所示，為HC-06藍(lán)牙傳輸電路連接方式。
[0031]以上結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作了說明，但這些說明不能被理解為限制了本實(shí)用新型的范圍，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍由隨附的權(quán)利要求書限定，任何在本實(shí)用新型權(quán)利要求基礎(chǔ)上的改動都是本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種便攜式手指雙電極心電信號采集裝置，由心電電極傳感器、前置濾波電路、BMDlOl芯片、電源控制電路以及藍(lán)牙傳輸電路組成，其特征在于: 所述的心電電極傳感器采用plessey公司的EPIC PS25101A，共有兩個，分別用于采集左手和右手的心電信號； 所述的前置濾波電路主要包括0.5Hz的低通濾波器、10Hz的高通濾波器以及50Hz的陷波器，用于對采集得到的心電信號進(jìn)行濾波，其中低通濾波器采用三階截止頻率是0.5Hz巴特沃斯高通濾波器，高通濾波器采用四階截止頻率是10Hz的低通濾波器； 所述的BMDlOl芯片接收來自前置濾波電路預(yù)處理后的心電信號，主要完成手指心電信號的主處理； 所述的電源控制電路提供3.3V的穩(wěn)壓電源； 所述藍(lán)牙模塊用于將BMDlOl芯片輸出的數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙傳輸。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種便攜式手指雙電極心電信號采集裝置。本實(shí)用新型由心電電極傳感器、前置濾波電路、BMD101芯片、電源控制電路以及藍(lán)牙傳輸電路組成，心電電極傳感器采用EPIC PS25101A，共有兩個，分別用于采集左手和右手的心電信號；前置濾波電路主要包括0.5Hz的低通濾波器、100Hz的高通濾波器以及50Hz的陷波器，用于對采集得到的心電信號進(jìn)行濾波，BMD101芯片接收來自前置濾波電路預(yù)處理后的心電信號，電源控制電路提供3.3V的穩(wěn)壓電源；藍(lán)牙模塊用于將BMD101芯片輸出的數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙傳輸。本實(shí)用新型使用雙電極構(gòu)造單導(dǎo)聯(lián)采集人體手指處的心電信號，采集簡單，受約束性小。
【IPC分類】A61B5-0428
【公開號】CN204542121
【申請?zhí)枴緾N201520136101
【發(fā)明人】趙治棟, 袁昌成, 曾紀(jì)欣, 張曉紅
【申請人】杭州電子科技大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年3月10日