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
* m3 s$ d: ^$ f" i号多通道数据采集终端的硬件研制。系统硬件主要包括干
6 Q4 z. e/ M- A  m* U扰抑制电路、滤波放大电路以及单片机信号采集电路。采用
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
' t  P) D4 \3 w7 Q& o' H# f! I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
8 [6 y% U2 r' }8 r2 i" R9 B数据。并具有体积小、功耗低、性能稳定等优点。
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引言
" t4 Q) r; [+ }2 Z! n生理参数是表征人体生命指标的最基本、最重要
$ N8 w5 m! \( D; O的参数。但目前国内的监护仪一般功能单一，多为
CRT显示，体积较大，移动不方便，为了能及时有效的
( q0 ?- z( r8 y. g, X6 q9 C) A- a对病人进行生理监控，设计一种便携式生理监护装置
) r0 m( c1 n$ N0 J成为一种趋势。它有利于在出现紧急情况时。对病人
进行及时有效的治疗和抢救处理。
针对这一思想作者设计了一种基于单片机的生
理信号多通道采集系统，该系统以C8051F300单片机
$ L. l* f) B7 r; N
7 _: i5 \) v( A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
LCD最为显示屏，实现生理参数的实时跟踪与处理。
' z. L! N2 \* G该设计监测参数多，设计紧凑、体积小，功耗低并且携
9 H3 p) f+ q6 M+ ~1 `带方便。
1系统工作原理
7 Y$ C- C# }2 B" Y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
& u2 N1 k2 Z; v" Q测与预处理模块将微弱生理信号转换成电信号，并对
其进行干扰抑制、信号滤波放大等预处理。最后通过
" s, ]' w7 h# {$ H. ?0 j数据提取与处理模块对信号进行采样、量化并显示。
生理信号的微弱性决定了采集电路中前置放大
器是其核心，因此对生物电放大器的前置级有下述要
) w5 O7 k; D1 G2 I求：高输入阻抗、高共模抑制比(CMRR)、低噪声、低漂
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
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
2 q0 H2 z! \/ V9 T. F减。同时，抗干扰和低噪声是生物信号测量的基本条
) M! h6 c9 E. P3 [7 V件，可以通过合理接地、屏蔽、去耦、系统内部干扰抑
8 j1 @, V8 G2 p% [0 K制等方法，减少环境和系统本身引入的干扰。采用隔
9 S/ Y( t$ R- z$ L; D6 t/ H- p离级设计，实现人体的电气隔离，不但保障了人体的
$ \9 q2 z/ N; @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
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。
" M: p; l9 O* a% z  Q$ D9 Y5 e各种电极、传感器、热敏电阻完成多种生理信号
: N0 P+ q+ l, w4 @& d) c- D的采集，放大滤波电路实现信号的去干扰及增强，单
1 \5 T5 P% _. M$ H2 n/ [片机承担数据的检测、存储与传输。

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