基于MSP430的便攜式無線心電監護儀的設計

趙新穎

摘要：針對心臟病發作的突然性和隨機性，為了對心臟病患者的信號進行隨時的監護，本文介紹了一種全新的便攜式無線心電監護儀，該監護儀基于MSP430設計，攜帶方便，能夠隨時采集和監控心臟病患者的心電信號，并進行顯示和報警。

關鍵詞：MSP430；便攜式；無線電心電監護儀；

中圖分類號：TU7文獻標識碼：A文章編號：1674-3520（2014）-06-00266-01心臟病是現代社會的一種高發疾病，具有突發性和隨機性，而且死亡率很高，對現代人的生命和健康造成了很大的威脅。現代醫學發現，如果能夠監測患者在工作、生活等正常條件狀態的心電信號，就可以獲得其潛在的、初級的心電信息，根據其心電信息來對患者的早期心臟狀態進行診斷和治療，降低由于心臟病突發而造成的后遺癥以及死亡率。

一、傳統的心電監護儀

目前市面上常見的心電監護儀基本上已經可以實現對心臟病患者的心電信號進行監測。傳統的心電監測儀中包括圖形打印、圖形顯示、實時診斷和網絡聯接等高級功能，能夠監測心臟病患者的心電信息。然而，傳統的心電監護儀的體積和重量都較大，操作程序較為復雜，攜帶不便，而且基本上只能對數據進行有限傳輸，醫生與患者之間不能進行便利的溝通。

二、基于MSP430的便攜式無線心電監護儀的工作原理

基于MSP430的便攜式無線心電監護儀需要使用ECG技術，ECG作為一種信號，具有周期性微弱、信噪比低的特點。因此，采集ECG信號很容易受到人體和儀器的干擾，并且還會出現工頻干擾。所以穩定基線、消除干擾就是ECG特征參數提取技術的關鍵所在。將信號放大后用濾波進行處理，將通帶保證為0.05至100赫茲，并對50赫茲工頻的干擾進行抑制。圖1為便攜式無線心電監護儀心電信號采集原理框架。

圖1心電信號采集原理框架

基于MSP430的便攜式無線心電監護儀的主要工作原理是從電極中提取ECG，將其傳送至前置放大器，進而以高通濾波將低頻基線干擾和直流信號濾除，再傳導至后級放大鏡。由濾波器對50赫茲的工頻干擾進行濾除，由低通濾波器處理后成為有用的0.05至100赫茲的ECG。最后經A/D進行轉換后，由單片機進行處理。如果導聯脫落則單片機會進行自動報警。

基于MSP430的便攜式無線心電監護儀具有良好的便攜性，不同環境下電極和電位的變化會使基線產生波動。因此基于MSP430的便攜式無線心電監護儀能夠對病人各種原因造成的電極脫落和接觸不良進行自檢，并自動提醒病人對電極進行調整。下圖2為便攜式無線心電監護儀系統原理結構框圖。

圖2系統原理結構框圖

三、基于MSP430的便攜式無線心電監護儀的硬件結構

基于MSP430的便攜式無線心電監護儀主要的硬件結構有鍵盤及LCD顯示模塊、電源模塊、數據存儲模塊、藍牙無線數據傳輸模塊、心電信號采集模塊、心電信號放大濾波處理模塊、MSP430F449模塊等等。

心電監護儀與人體相連所得到的信號容易受到各種干擾，主要是運動偽跡、肌電噪聲、基線漂移以及50赫茲工頻。因此，由模擬放大電路將心電信號進行放大和濾波之后，由MSP430單片機進行有效的轉換，顯示器對采集到的波形進行顯示。ECG檢波對穩定后的波形進行分析，得出實時心率，從而分析病人的心率是否失常。對于監測到的異常心率，心電監護儀會立即進行報警，并使用藍牙無線通信模塊將心率異常的情況傳至電腦或者醫院的中心監測站。

四、基于MSP430的便攜式無線心電監護儀的軟件設計

（一）液晶顯示程序

液晶顯示菜單、心電波形動態等都要依靠液晶顯示子程序來進行顯示。液晶顯示的控制器包括初始化參數和清屏。心電監護儀的控制器系統沒有漢字庫，漢字以及字符都依靠用戶自行建立點陣子模庫，可以使用逆向取模和縱向取模的方式對字符進行編碼和顯示，最多可以一次顯示32個漢字。A/D轉換存儲器所存儲的數值根據一定的比例在顯示屏上的相應位置進行顯示。

（二）藍牙通信設備

基于MSP430的便攜式無線心電監護儀使用藍牙無線通信設備實現了無線化，采集到的心電數據可以寄存于TXSTA，藍牙無線通信設備可以將心電數據向醫院中心監測站或者家用電腦進行發送。在基于MSP430的便攜式無線心電監護儀系統中，使用USART通信將藍牙模塊和MSP430進行異步模式連接。

（三）信號轉化程序

基于MSP430的便攜式無線心電監護儀的模數轉化具有極強的精度，具有通用和高速的特點。在實際使用中通過采樣保持寄存器來實現對采樣時間的控制，并進行單通道模式進行信號的多次轉化，最后通過對ADC12IFG.0狀態的檢測來判定轉化的完成。轉化結束后，采樣中斷程序中的其他模塊還要對心電數據進行進一步的處理。

五、結語

基于MSP430的便攜式無線心電監護儀具有先進的硬件設備和軟件設備，能夠有效的對心臟病患者的心電信息進行實時的監控，并隨時依靠藍牙系統將數據傳送至家用電腦或醫院中線監測站。基于MSP430的便攜式無線心電監護儀實現了無線化，極大的提高的心電監護儀的便攜性，使用更加簡單便捷，為心臟病的早期診斷提供了依據，無論是對于醫患之間的及時交流還是患者自身都有著極大的作用，降低了心臟病帶來的后遺癥和死亡率。

參考文獻：

[1]劉自立,許劍,陳金水等.基于無線片上系統技術的心電監護系統的設計與開發[J].中國科技論文在線.2012(01)

[2]陳京水,李業勤.基于MSP430動態心電存儲系統的設計[J].中國醫學裝備.2010(08)