CN205758549U - 一种低功耗便携式心电监护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种低功耗便携式心电监护系统，属于便携式人体心电监护领域，包括心电电极、导联线、心电信号调理电路、单片机控制电路、低功耗蓝牙电路、可充电锂电池、电源管理电路、智能手机、服务端。本实用新型采用右腿驱动、有源滤波、双仪表运放、数字平滑滤波，有效提取心电信号，采用差分阈值法准确检测R波计算心率，利用智能手机绘制实时心电图并可向服务端发送心电数据，医生可在服务端查看、分析心电数据。本实用新型采用低功耗设计，体积小，适用于随时随地需要关注自身心电情况的人群。

Description

一种低功耗便携式心电监护系统

技术领域

本实用新型涉及一种低功耗便携式心电监护系统，属于便携式人体心电监护领域。

背景技术

随着人们工作、生活方式、饮食习惯的改变和人口老龄化，我国的心脏病发病率逐年攀升。心电图能反映人体心脏的电活动过程，对心脏基本功能及其病理研究方面具有重要的参考价值，可以分析与鉴别各种心律失常，也可以反映心肌受损的情况和心房、心室的功能结构情况。因此，心电监护显得越来越重要，对于已经患心脏疾病的人群来说，更需要随时随地对自己的心电进行监护并及时向医生反馈。

目前，医院现有的心电设备体积、功耗较大、价格昂贵并且需要专业人员才能熟练操作，不适用于上述人群。现有便携式监护系统，在心电信号提取方面，一些采用集成心电采集芯片，信号放大、滤波参数不易调整，从而使得心电提取效果不够好；另一些采用分立元器件搭建的心电采集电路，干扰处理的不好，尤其是肌电、基线漂移等干扰，波形差，从而异常提示、心率计算都会有问题。在功耗方面，现有便携式心电监护系统没有采用低功耗设计，体积大，不便于随时随地根据需要进行心电监护。而且现有便携式监护系统不具有向医生反馈心电数据的功能，绝大多数只支持单一平台智能手机。

因此，目前需要一种低功耗便携式的心电监护系统了，同时支持iOS和Android智能手机，通过所述系统人们可以随时随地监测自己的心电情况，并且可以将心电数据发送到服务端，医生则可以方便快捷地在服务端查看和分析心电数据，做到心脏疾病早发现、早预防、早治疗。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种低功耗便携式心电监护系统，该系统采用低功耗设计，能够采集人体心电信号并通过蓝牙传输到智能手机，智能手机显示心电图、心率以及提示异常，并对心电数据进行存储、回放，还可将心电数据发送到服务端，供医生查看、分析。

本实用新型解决其技术问题所采用的方案是：一种低功耗便携式心电监护系统，其特征在于，包括心电电极、导联线、心电信号调理电路、单片机控制电路、低功耗蓝牙电路、可充电锂电池、电源管理电路、智能手机、服务端；所述心电电极摄取人体心电信号，通过所述导联线传递给所述心电信号调理电路；所述心电信号调理电路，包括前置放大电路、右腿驱动电路、低通滤波电路、高通滤波电路、主放大电路、基线调整电路，将心电信号放大、滤波后传递给所述单片机控制电路；所述单片机控制电路对所述心电信号调理电路输出信号进行采样、AD转换、平滑滤波、心率计算，将处理所得心电数据传递给所述低功耗蓝牙电路，对所述可充电锂电池电量进行监测、提示；所述低功耗蓝牙电路将所述单片机控制电路输出数据通过蓝牙发送到所述智能手机；所述电源管理电路，包括充电管理电路、正负电源转换电路、分压电路、稳压电路，对所述可充电锂电池进行充电管理，为所述心电信号调理电路、所述单片机控制电路、所述低功耗蓝牙电路供电，将所述可充电锂电池分压后传递给所述单片机控制电路；所述智能手机接收、存储所述低功耗蓝牙电路发送的心电数据，绘制心电图、提示异常并将心电数据通过微信、邮件、QQ发送到所述服务端；所述服务端接收、显示、分析所述智能手机发送的心电数据。

可选地，所述心电电极采用贴片式心电电极，所述导联线采用扣式导联线，所述导联线与所述心电信号调理电路通过3.5mm耳机接口连接；所述前置放大电路采用仪表运放AD620AR芯片；所述右腿驱动电路采用运放OP07C芯片；所述低通滤波电路采用有源二阶低通设计，采用LM358D芯片；所述高通滤波电路采用有源二阶高通设计，采用LM358D芯片；所述主放大电路采用仪表运放AD620AR芯片，该芯片基准引脚连接所述基线调整电路，所述基线调整电路采用大阻值滑动变阻器；所述单片机控制电路采用低功耗处理器MSP430F149芯片，利用所述MSP430F149芯片内置的Timer A定时器设置采样率控制AD转换，利用所述MSP430F149芯片内置的12位ADC模块对心电信号调理电路输出进行AD转换；利用所述MSP430F149芯片对采样得到的心电数据进行平滑滤波、R波检测、心率计算，将处理后的心电数据输出到所述单片机控制电路的UART接口；利用所述MSP430F149芯片内置的比较器A模块对所述可充电锂电池电量进行监测、提示；所述低功耗蓝牙电路采用CC2541蓝牙4.0模块，所述低功耗蓝牙电路UART接口与所述单片机控制电路UART接口连接；所述锂电池充电管理电路采用TP4056芯片，所述充电管理电路通过USB Micro-B接口与外部电源连接，所述外部电源输入充电电压5V、电流1A；所述正负电源转换电路采用ICL7660ESA芯片；所述锂电池分压电路采用大阻值滑动变阻器；所述稳压电路采用NCP600SN330T1G芯片；所述智能手机支持蓝牙4.0，包括Android手机和iOS手机；所述服务端，包括电脑、平板、智能手机。

本实用新型的有益效果是该系统体积小、噪声小、功耗低、简单易用，可随时随地进行心电监护且利于医生及时掌握使用者心电情况。

附图说明

图1为本实用新型的系统框图。

图2为本实用新型的单片机控制电路程序流程图。

图3为本实用新型的智能手机APP程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图说明对本实用新型的实施制作进行进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本实用新型，凡是采用本实用新型的相似结构及其相似变化，均应列入本实用新型的保护范围。

本实施例的系统框图如图1所示，本施实例包括心电电极1、导联线2、心电信号调理电路3、单片机控制电路4、低功耗蓝牙电路5、电源管理电路6、可充电锂电池7、智能手机8、服务端9。心电信号调理电路3包括前置放大电路301、右腿驱动电路302、基线调整电路303、低通滤波电路304、高通滤波电路305、主放大电路306。所述电源管理电路6包括充电管理电路601、正负电源转换电路602、分压电路603、稳压电路604。心电电极1经导联线2连接到前置放大电路301及右腿驱动电路302，右腿驱动电路302连接到前置放大电路301，前置放大电路301连接到低通滤波电路304，低通滤波电路304连接到高通滤波电路305，高通滤波电路305连接到主放大电路306，基线调整电路303连接到主放大电路306，主放大电路306连接到单片机控制电路4，单片机控制电路4连接到低功耗蓝牙电路5，智能手机8通过蓝牙与低功耗蓝牙电路5相连接。充电管理电路601连接到可充电锂电池7，对可充电锂电池7进行充电管理；可充电锂电池7分别接到正负电源转换电路602、分压电路603以及稳压电路604，正负电源转换电路602为心电信号调理电路3供电，分压电路603连接到单片机控制电路4，稳压电路604为单片机控制电路4及低功耗蓝牙电路5供电。智能手机8通过社交网络应用程序微信、邮件、QQ向服务端9发送心电数据，医生可查看和分析服务端9所接收到的心电数据。

本实施例工作流程如下，以Ⅱ导心电监护为例，所述心电电极1分别贴于人体右手腕、右脚踝、左脚踝，所述心电电极1通过所述导联线2连接至心电信号调理电路3的3.5mm耳机插口，所述心电电极1采用3M公司的贴片式监护电极，所述导联线2采用扣式导联线。经所述3.5mm耳机插口，所述右脚踝电极信号输入至所述右腿驱动电路302，所述右手腕电极信号输入至所述前置放大电路301正输入端，所述左脚踝电极信号输入至所述前置放大电路301负输入端，所述右腿驱动电路302连接到所述前置放大电路301以减小共模干扰，所述前置放大电路301采用AD620AR芯片，放大倍数10倍，所述右腿驱动电路302采用OP07C芯片。所述前置放大电路301输出至所述低通滤波电路304，所述低通滤波电路304采用二阶有源低通滤波电路，截止频率100Hz，采用LM358D芯片；所述低通滤波电路304输出至所述高通滤波电路305，所述高通滤波电路305采用二阶有源高通滤波电路，截止频率0.05Hz，采用LM358D芯片。所述高通滤波电路305输出至所述主放大电路306，所述主放大电路306采用AD620AR芯片，放大倍数50倍，其基准引脚接到所述基线调整电路303，所述基线调整电路303由两端分别连接到正负电源的大阻值滑动变阻器构成。所述主放大电路306输出至所述单片机控制电路4，所述单片机控制电路4采用MSP430F149芯片，所述MSP430F149芯片CA0端口接到所述分压电路603。

所述MSP430F149单片机控制电路程序流程图如图2所示，主程序首先初始化WDT、外部时钟、Timer A、ADC、UART串口以及比较器A模块，然后打开中断，利用所述MSP430F149芯片内置比较器A模块以轮询方式检测分压电路传入电压，当电压低于一定值时表明电源电量不足，此时点亮低电量指示灯。在Timer A中断处理程序中，利用所述MSP430F149芯片内置Timer A定时器设置采样率控制AD转换，本例中采样率设为200。在ADC中断处理程序中，利用所述MSP430F149芯片内置12位ADC模块对所述主放大电路306输出进行AD转换，对转换结果进行4点平滑滤波，用两字节存储平滑滤波后的心电数据，对平滑滤波后结果进行差分运算，根据设置的阈值检测R波并求出心率，用一个字节存储心率，为了避免心律不齐对心率的影响，对求出的心率再进行5个点平均。为了简化蓝牙数据发送和所述智能手机8APP数据接收解析，将平滑滤波后的心电数据左移一位，然后分成高低位字节，再对处理所得的心率值进行阈值处理，其最大值设为254，于是在待发送的3个字节（心电数据高低位字节、心率字节）数据中都不包含255，因此将255作为数据传输的同步位，在连续向该芯片UART接口输出两个255后再依次输出心电的高低字节及心率字节，所述智能手机8 APP只要将收到的心电数据除以2即可还原心电数据。

所述单片机控制电路4输出至所述低功耗蓝牙电路5，所述低功耗蓝牙电路5采用CC2541蓝牙4.0模块，所述低功耗蓝牙电路5 UART与所述单片机控制电路4 UART连接，波特率设为19200，所述低功耗蓝牙电路5通过蓝牙发送数据发送至所述智能手机8。所述充电管理电路601接至所述可充电锂电池7，所述充电管理电路601采用TP4056芯片，外部电源通过USB Micro-B接口接至所述充电管理电路601对所述可充电锂电池7充电；所述可充电锂电池7分别接至所述正负电源转换电路602、所述分压电路603及所述稳压电路604，所述正负电源转换电路602将所述可充电锂电池7输出电压转换为负并为所述心电信号调理电路3供电，所述分压电路603将所述可充电锂电池分压后输出至所述单片机控制电路4对所述可充电电池7电量监测、提示，所述稳压电路604为所述单片机控制电路4、所述低功耗蓝牙电路5供电；所述正负电源转换电路602采用ICL7660ESA芯片，所述分压电路603由两端分别连接到正负电源的大阻值滑动变阻器构成，所述稳压电路604采用NCP600SN330T1G芯片。

所述智能手机8支持蓝牙4.0、能通过3G或WIFI连接互联网并装有社交网络应用程序微信、邮件、QQ。根据目前智能手机市场占有情况，所述智能手机8采用Android手机和iOS手机，本实施例中采用Google Nexus5和iPhone6 plus。所述智能手机8 APP开发采用Cordova跨平台开发框架，在Eclipse开发环境采用Thym Cordova开发插件开发出AndoirdAPP，然后将源代码在Mac系统下Xcode开发环境编译调试iOS APP。所述智能手机8 APP程序流程图如图3所示，程序首先初始化Cordova插件、检测智能手机系统平台类型、绑定事件处理程序、加载用户界面，然后判断操作类型，可加载心电数据进行回放和进行心电监护；心电监护时首先初始化并打开蓝牙，搜索到低功耗蓝牙后与之连接、查询串口数据传输服务、订阅串口数据传输服务，订阅服务成功后开始接收、存储心电数据，数据解析时先识别蓝牙数据中的两个同步字节255，然后依次读出心电数据及心率，将心电数据除以2以还原心电数据，根据解析后的数据实时绘制心电图并对异常进行提示，根据需要可将心电数据通过微信、邮件、QQ发送给所述服务端9。所述服务端9，包括电脑、平板、智能手机，显示所接收到的心电图，根据接收到的心电数据进行心电图绘制，也可以使用专业数据分析软件对心电数据进行分析。

Claims (8)

1.一种低功耗便携式心电监护系统，其特征在于，包括心电电极、导联线、心电信号调理电路、单片机控制电路、低功耗蓝牙电路、可充电锂电池、电源管理电路、智能手机、服务端；所述心电电极摄取人体心电信号，通过所述导联线传递给所述心电信号调理电路；所述心电信号调理电路，包括前置放大电路、右腿驱动电路、低通滤波电路、高通滤波电路、主放大电路、基线调整电路，将心电信号放大、滤波后传递给所述单片机控制电路；所述单片机控制电路对所述心电信号调理电路输出信号进行采样、AD转换、平滑滤波、心率计算，将处理所得心电数据传递给所述低功耗蓝牙电路，对所述可充电锂电池电量进行监测、提示；所述低功耗蓝牙电路将所述单片机控制电路输出数据通过蓝牙发送到所述智能手机；所述电源管理电路，包括充电管理电路、正负电源转换电路、分压电路、稳压电路，对所述可充电锂电池进行充电管理，为所述心电信号调理电路、所述单片机控制电路、所述低功耗蓝牙电路供电，将所述可充电锂电池分压后传递给所述单片机控制电路；所述智能手机接收、存储所述低功耗蓝牙电路发送的心电数据，绘制心电图、提示异常并将心电数据通过微信、邮件、QQ发送到所述服务端；所述服务端接收、显示、分析所述智能手机发送的心电数据。

2.根据权利要求1所述的一种低功耗便携式心电监护系统，其特征在于，所述心电电极采用贴片式心电电极，所述导联线采用扣式导联线，所述导联线与所述心电信号调理电路通过3.5mm耳机接口连接。

3.根据权利要求1所述的一种低功耗便携式心电监护系统，其特征在于，所述前置放大电路采用仪表运放AD620AR芯片；所述右腿驱动电路采用运放OP07C芯片；所述低通滤波电路采用有源二阶低通设计，采用LM358D芯片；所述高通滤波电路采用有源二阶高通设计，采用LM358D芯片；所述主放大电路采用仪表运放AD620AR芯片，该芯片基准引脚连接所述基线调整电路，所述基线调整电路采用大阻值滑动变阻器。

4.根据权利要求1所述的一种低功耗便携式心电监护系统，其特征在于，所述单片机控制电路采用低功耗处理器MSP430F149芯片，利用所述MSP430F149芯片内置的Timer A定时器设置采样率控制AD转换，利用所述MSP430F149芯片内置的12位ADC模块对心电信号调理电路输出进行AD转换；利用所述MSP430F149芯片对采样得到的心电数据进行平滑滤波、R波检测、心率计算，将处理后的心电数据输出到所述单片机控制电路的UART接口；利用所述MSP430F149芯片内置的比较器A模块对所述可充电锂电池电量进行监测、提示。

5.根据权利要求1所述的一种低功耗便携式心电监护系统，其特征在于，所述低功耗蓝牙电路采用CC2541蓝牙4.0模块，所述低功耗蓝牙电路UART接口与所述单片机控制电路UART接口连接。

6.根据权利要求1所述的一种低功耗便携式心电监护系统，其特征在于，所述锂电池充电管理电路采用TP4056芯片，所述充电管理电路通过USB Micro-B接口与外部电源连接，所述外部电源输入充电电压5V、电流1A；所述正负电源转换电路采用ICL7660ESA芯片；所述锂电池分压电路采用大阻值滑动变阻器；所述稳压电路采用NCP600SN330T1G芯片。

7.根据权利要求1所述的一种低功耗便携式心电监护系统，其特征在于，所述智能手机支持蓝牙4.0，包括Android手机和iOS手机。

8.根据权利要求1所述的一种低功耗便携式心电监护系统，其特征在于，所述服务端，包括电脑、平板、智能手机。