基于AD8232 的車載心電監護儀設計

劉文婕，高星宜，余 越

（1.東南大學創新學院，江蘇 南京 210088；2.東南大學成賢學院，江蘇 南京 210088）

在人們的生活中，私家車被廣泛應用，車內的車載式裝置有著廣闊的應用市場。隨著社會不斷發展，各類產品越來越趨于智能化，但市場上的大部分車載類裝置并沒有達到智能化的需求，同時市場上的大部分車載類裝置只能為人們提供物理上的保護，不能為身體指標突發異常的人們提供及時的預警和救治，所以一種具有便攜輕便、能長期實時監測心率等優勢的車載裝置已成為學術界和產業界研究的熱點。

人們在車輛駕駛的過程中，因為心臟突發狀況等情況導致悲劇的事故頻頻發生。面對這一現狀，我們希望通過我們團隊所研發的這種車載智能安全帶裝置系統，幫助人們減少日常駕駛中這類突發事故的發生。對于目前國內外市場上的大多數穿戴式裝置來說，仍然是通過物理傳感器實現簡單的計算運動量，甚至推送信息等初級階的裝置。并沒有應用到車載方面，為駕駛人員提供方便，而且傳遞方式方面存在網絡約束，并且無法測試出準確數據，同時產品制造成本極高，市面上的大部分可穿戴檢測裝置 通常是以智能手表的形式為人們提供服務，并沒有實際應用到車載設備方面。我們所研發的這款可穿戴式車載人體健康智能穿戴監測裝置，采用AD8232 集成信號調理模塊，該模塊小巧便捷，采用雙極電高通濾波器實現單級高增益及高通濾波，從而節約成本和空間，同時使用的AD8232 集成信號調理模塊采用一個無使用約束運算器來創造一個三極點低通濾波器，這種方式可以滿足不同類型的應用需求。而且AD8232 裝置具有快速恢復功能，能夠盡快取得有效的測量值。所以我們團隊所研發的這款可穿戴式車載人體健康智能穿戴監測裝置相對于市面上的這些檢測產品相比具有目的性強、方便攜帶、適用性廣、數據準確等優勢。

1 硬件設計

車載智能安全帶裝置由心電傳感器、藍牙模塊、數據計算模塊、電源模塊、4G 模塊以及用戶所使用的車載系統的終端或手機端組成。

1.1 電源電路

作為心電監護儀的供電電源，考慮到總模塊的小體積的特點，采用三節紐扣電池作為總電源，但有可能因為電池電壓與和模塊的額定電壓不匹配，電池電壓的不穩定或鋰電池充電期間的電壓超過一些模塊的的最大額定值而影響AD8232、處理器和藍牙模塊的正常工作。所以將AMS1117/3.3V 作為穩壓和降壓模塊，為CPU（STM32）、AD8232、血氧模塊、藍牙模塊供電。

1.2 心電信號采集模塊

根據芯片內部的電路設計，AD8232 是通過給儀表放大器提供一個頻率為100 kHz 的小電流源來檢測電極何時斷開的芯片。心電采集模塊如圖1 所示，電流在儀表放大器輸入端會產生一個差分電壓，該電壓經同步檢測并與內部閾值進行比較，判斷是否有導聯脫落的情況。圖1 中的電阻過小會使差分壓降過低而檢測不到導聯脫落，同時也會降低心電采集模塊的輸入阻抗，所以2個電阻的阻值的大小最好是10 MΩ。當某一端的心電電極出現脫落時，AD8232 芯片的LOD 引腳會輸出高電平。所以在軟件設計中，只要根據LOD的引腳值就可以判斷心電裝置是否穿戴成功，不會因為導聯脫落而導致偽報警。

圖1 心電采集模塊

2 軟件設計

2.1 處理器時序的設置

為了無失真地顯示人體心電信號的采集結果，采樣頻率必須嚴格要求。根據Nyquist 采樣定理，在進行模擬信號—數字信號的轉換過程中，當采樣頻率大于信號中最高頻率的2倍時，采樣得到的數字信號才能被完整地保留。人體的心電信號頻率一般在0.5～100 Hz 之間。使用CPU 的定時中斷將采樣頻率設置為200 Hz，同時設置串口通信的波特率為9 600 bit/s，使之與藍牙設備通信。

2.2 設計方案

使用ad8232 和血氧傳感器檢測相關值，實時顯示心電圖心率和血氧濃度至車載顯示屏上（實驗過程中使用OLED顯示屏模擬車載顯示屏）。同時把心電數據通過藍牙傳到手機APP，APP 實時顯示心電圖。當檢測到心率異常時觸發警報，觸發4G 模塊打電話或者發短信。圖2 為程序的執行流程。

圖2 程序的執行流程

3 結果展示

手機APP 顯示如圖3 所示，OLED 模擬顯示如圖4 所示。

圖3 手機APP 顯示

圖4 OLED 模擬顯示