微弱生理信号在多通道数据采集系统中的研究与实现

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摘要：介绍了一种基于单片机C8051F300控制的微弱生理信
! a4 a5 ^+ y* R/ ]3 J号多通道数据采集终端的硬件研制。系统硬件主要包括干
扰抑制电路、滤波放大电路以及单片机信号采集电路。采用
7 ]/ G' F5 ^% ^; R普通Ag／AgCl电极、压电陶瓷器件、热敏电阻作为传感器采
集心电信号、脉象信号和体温信号。利用单片机对获取的清
晰生理参数信号，进行采样处理、存储和传送。实验结果表
明．基于单片机C8051F300控制的微弱生理信号多通道采集
系统可实时采集、保存与处理心电、脉象、体温等生理信号
数据。并具有体积小、功耗低、性能稳定等优点。

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引言
! G7 Q+ W" W: b# r( X生理参数是表征人体生命指标的最基本、最重要
的参数。但目前国内的监护仪一般功能单一，多为
( |6 Q, \. |' MCRT显示，体积较大，移动不方便，为了能及时有效的
对病人进行生理监控，设计一种便携式生理监护装置
/ P( `6 Q* @2 A" m& c% z/ Z成为一种趋势。它有利于在出现紧急情况时。对病人
  G. U3 @- E! n8 d进行及时有效的治疗和抢救处理。
" f/ x" O5 D- J) m3 ^, M针对这一思想作者设计了一种基于单片机的生
理信号多通道采集系统，该系统以C8051F300单片机

为核心，通过各种硬件电路对人体的基本生理参数如
心电、脉象、体温等进行采集、跟踪和监控，并对获取
的信号数据进行处理和传送，以点阵式液晶显示屏
* `" f; {1 E9 ]1 g- d9 W( rLCD最为显示屏，实现生理参数的实时跟踪与处理。
( f; l. `+ w3 L, L) |$ M该设计监测参数多，设计紧凑、体积小，功耗低并且携
" _: C$ d; E9 d/ _9 s4 k4 ~; N4 n" Q! S; \带方便。
+ y' ]  X2 B7 h2 F0 f! I; v1系统工作原理
该生理信号采集系统以C8051F300单片机
为核心，辅以各种电信号处理电路。通过信号检
) G  d9 g, ]: N1 N* p+ O测与预处理模块将微弱生理信号转换成电信号，并对
# ^0 l( L3 M* n其进行干扰抑制、信号滤波放大等预处理。最后通过
数据提取与处理模块对信号进行采样、量化并显示。
( I' T; C$ M+ w( F% C' [生理信号的微弱性决定了采集电路中前置放大
$ i6 v  l4 S  G& H) _器是其核心，因此对生物电放大器的前置级有下述要
3 o, k& H3 y  o# k: i2 X- \7 P, ^求：高输入阻抗、高共模抑制比(CMRR)、低噪声、低漂
, R8 W$ X) U# g! G* D& m( F移、高增益、动态范围大且性能稳定。在提取了生物电
信号后，模拟滤波器是信号预处理电路中的基本单
  o# K7 V, [0 w% j元．它实质上是一种选频电路，允许指定频段的信号
通过，而将其余频段的信号加以抑制或使其急剧衰
6 A1 t# U1 \; p' E; z+ H/ I3 h, C减。同时，抗干扰和低噪声是生物信号测量的基本条
7 d8 q0 L1 N9 n1 j件，可以通过合理接地、屏蔽、去耦、系统内部干扰抑
" O3 a) H6 J* M0 g- ~制等方法，减少环境和系统本身引入的干扰。采用隔
离级设计，实现人体的电气隔离，不但保障了人体的
0 m; C! Q6 b/ |. f, w绝对安全．而且消除了地线中的干扰电流。完成了生
理信号的采集及预处理后，由单片机进行A／D转换，
及数据传输。
2系统结构
整个硬件电路分为模拟部分和数字部分，模拟部
分为系统实现的关键环节。设计过程中要针
9 _/ I+ n$ V5 c0 M对生物信号的自身特点，采取相应的措施，获得
高信噪比的生物电信号。系统硬件原理框图1所示。
) e# d/ b0 J' s7 S3 p+ P% p/ r  \% r各种电极、传感器、热敏电阻完成多种生理信号
的采集，放大滤波电路实现信号的去干扰及增强，单
# x) m+ M- z7 x" b* D" ~$ D片机承担数据的检测、存储与传输。
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