光电隔离 - 动态心电心音信号同步检测系统

1.2.2 光电隔离

　　为了人体的安全和抗外界电气干扰，我们在强电信号(220 V交流市电)与弱电信号之间采用了光电隔离技术。使用DCP010512DP 5V输入DC/DC变换器给信号放大部分电路供电，隔离了强电信号与人体的直接接触。使用芯片TILll7实现信号前置放大和后级电路的隔离。具体电路见图3。

　　

 

　　1.2.3 滤波与电平抬升电路

　　由于心电与心音信号都是低频微弱强噪声背景信号，在采集过程中极易引入干扰和噪声，这些干扰主要有基线漂移、50 Hz工频干扰、高频噪声等，为了获取相对纯净的心电与心音信号，设计了二阶有源带通滤波电路和50 Hz双T陷波电路。由于心电的频率范围为O.05 Hz～150 Hz，所以心电带通滤波器低频截止频率取为0.05 Hz，高频截止频率取为150 Hz。心音的频率范围为5 Hz～600 Hz，所以心音带通滤波器低频截止频率取为5 Hz，高频截止频率取为600 Hz。

　　由电极和传感器获取的心电心音信号在经过前置放大和滤波之后，其信号电压范围约是-0.5 V～1.5 V，由于输出有负值，所以用同相放大电路来做一个线性调整，实现电平抬升，将输出电压调整至1.5 V～3.5 V，抬高了2 V。

　　然后经过后置放大把信号送入A/D转换器，为下一步的模数转换做准备。

　　1.3 数字电路部分

　　数字电路由A/D转换、MSP430F149单片机、USB通信接口电路和PC机组成，

　　1.3.1 A/D转换与单片机

　　单片机选用MSP430F149单片机，MSP430F149单片机是16位RISC系列单片机之一。具有低电源电压、超低功耗、具有60 k的ROM、2 k的RAM、8个通道采样率可高达200 kb/s的内置12位的AD转换器，使得系统集成度提高、抗干扰能力增强。

　　A/D转换利用MSP430F149单片机的内置12位的AD转换器，将模拟信号转换为数字信号输入单片机，根据采样定理，采样频率取为500 Hz，可以保证元失真的采集心电和心音信号。MSP430F149的ADCl2模块提供了4种转换模式：单通道单次转换，系列通道单次转换，单通道多次转换，多通道多次转换。我们采用双通道、双采样、两次转换的方法实现同步采样。并由单片机、控制电路和软件实现采样通道号、采样速度，采样时长等的控制选取。

　　1.3.2 USB通信接口电路

　　USB选用带并行总线的USB接口器件PDIUSBDl2，它是一款符合通用串行总线USB 1.1版规范，高性能USB接口器件，集成了SIE、FIF存储器、收发器以及电压调整器，可与任何外部微控制器/微处理实现高速并行连接的低成本、高可靠性器件。

　　MSP430F149单片机与USB接口器件PDIUSBDl2连接时，MSP430F149端口P5作为数据总线，ALE接地，使用P4.2与AO连接作为命令和数据的控制线，A0为低电平时传输数据，A0为高电平时传输命令。由于MSP430F1149的P1.2边沿触发中断，而PDIUSBDl2产生的INT_N是电平触发中断，所以需要计时器Timer_B产生一个1 000 kHz的PWM方波信号，D12中断引脚信号与该信号相“或”以后输出到MSP430F149的中断输入引脚。