基于AD8232 的车载心电监护仪设计

2021-11-01刘文婕高星宜

科技与创新 2021年20期

刘文婕，高星宜，余越

（1.东南大学创新学院，江苏南京 210088；2.东南大学成贤学院，江苏南京 210088）

在人们的生活中，私家车被广泛应用，车内的车载式装置有着广阔的应用市场。随着社会不断发展，各类产品越来越趋于智能化，但市场上的大部分车载类装置并没有达到智能化的需求，同时市场上的大部分车载类装置只能为人们提供物理上的保护，不能为身体指标突发异常的人们提供及时的预警和救治，所以一种具有便携轻便、能长期实时监测心率等优势的车载装置已成为学术界和产业界研究的热点。

人们在车辆驾驶的过程中，因为心脏突发状况等情况导致悲剧的事故频频发生。面对这一现状，我们希望通过我们团队所研发的这种车载智能安全带装置系统，帮助人们减少日常驾驶中这类突发事故的发生。对于目前国内外市场上的大多数穿戴式装置来说，仍然是通过物理传感器实现简单的计算运动量，甚至推送信息等初级阶的装置。并没有应用到车载方面，为驾驶人员提供方便，而且传递方式方面存在网络约束，并且无法测试出准确数据，同时产品制造成本极高，市面上的大部分可穿戴检测装置通常是以智能手表的形式为人们提供服务，并没有实际应用到车载设备方面。我们所研发的这款可穿戴式车载人体健康智能穿戴监测装置，采用AD8232 集成信号调理模块，该模块小巧便捷，采用双极电高通滤波器实现单级高增益及高通滤波，从而节约成本和空间，同时使用的AD8232 集成信号调理模块采用一个无使用约束运算器来创造一个三极点低通滤波器，这种方式可以满足不同类型的应用需求。而且AD8232 装置具有快速恢复功能，能够尽快取得有效的测量值。所以我们团队所研发的这款可穿戴式车载人体健康智能穿戴监测装置相对于市面上的这些检测产品相比具有目的性强、方便携带、适用性广、数据准确等优势。

1 硬件设计

车载智能安全带装置由心电传感器、蓝牙模块、数据计算模块、电源模块、4G 模块以及用户所使用的车载系统的终端或手机端组成。

1.1 电源电路

作为心电监护仪的供电电源，考虑到总模块的小体积的特点，采用三节纽扣电池作为总电源，但有可能因为电池电压与和模块的额定电压不匹配，电池电压的不稳定或锂电池充电期间的电压超过一些模块的的最大额定值而影响AD8232、处理器和蓝牙模块的正常工作。所以将AMS1117/3.3V 作为稳压和降压模块，为CPU（STM32）、AD8232、血氧模块、蓝牙模块供电。

1.2 心电信号采集模块

根据芯片内部的电路设计，AD8232 是通过给仪表放大器提供一个频率为100 kHz 的小电流源来检测电极何时断开的芯片。心电采集模块如图1 所示，电流在仪表放大器输入端会产生一个差分电压，该电压经同步检测并与内部阈值进行比较，判断是否有导联脱落的情况。图1 中的电阻过小会使差分压降过低而检测不到导联脱落，同时也会降低心电采集模块的输入阻抗，所以2个电阻的阻值的大小最好是10 MΩ。当某一端的心电电极出现脱落时，AD8232 芯片的LOD 引脚会输出高电平。所以在软件设计中，只要根据LOD的引脚值就可以判断心电装置是否穿戴成功，不会因为导联脱落而导致伪报警。

图1 心电采集模块

2 软件设计

2.1 处理器时序的设置

为了无失真地显示人体心电信号的采集结果，采样频率必须严格要求。根据Nyquist 采样定理，在进行模拟信号—数字信号的转换过程中，当采样频率大于信号中最高频率的2倍时，采样得到的数字信号才能被完整地保留。人体的心电信号频率一般在0.5～100 Hz 之间。使用CPU 的定时中断将采样频率设置为200 Hz，同时设置串口通信的波特率为9 600 bit/s，使之与蓝牙设备通信。