【摘要】本文首先給出了一種基于AD620芯片心跳速率檢測(cè)的方案，介紹了組成系統(tǒng)的傳感頭、信號(hào)提取、濾波放大及微處理器等各個(gè)部分的電路設(shè)計(jì)。其次，根據(jù)該方案設(shè)計(jì)的心跳速率檢測(cè)系統(tǒng)獲得了良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表現(xiàn)出低成本、高性能的特性。最后，文章討論了提高濾波放大及去除噪聲的相關(guān)技術(shù)。

　　1.前言

　　心跳速率是反映人體健康狀況的重要指標(biāo)，所謂心跳速率通常是指一分鐘內(nèi)心臟搏動(dòng)的次數(shù)。心跳速率的檢測(cè)可以為臨床診斷、病人的護(hù)理、運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練等工作提供科學(xué)依據(jù)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研制生產(chǎn)的許多醫(yī)療設(shè)備及健身器材都用到心跳速率檢測(cè)電路，研發(fā)低成本、高性能的心跳速率檢測(cè)電路具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

　　本文報(bào)道了一種基于AD620芯片的心跳速率檢測(cè)系統(tǒng)。利用AD620芯片良好的低噪聲特性，加上合理的濾波及放大電路，結(jié)合微處理器處理，我們得到一個(gè)高精度的心跳速率檢測(cè)系統(tǒng)。

　　2.電路設(shè)計(jì)

　　2.1原理框圖

　　人體皮膚表面含有人的心電信號(hào)、肌電以及工頻信號(hào)等，一般情況下包含心跳速率信息的心電信號(hào)要遠(yuǎn)小于工頻信號(hào)等噪聲。為了提取微弱的心電信號(hào)，必須采用低噪聲的運(yùn)放并設(shè)計(jì)合理的濾波放大電路。

　　圖1是心跳速率檢測(cè)系統(tǒng)的原理框圖。整個(gè)心跳速率檢測(cè)系統(tǒng)包括四個(gè)部分：與人體皮膚表面接觸的傳感頭，信號(hào)提取電路，濾波放大電路及微處理器電路。傳感頭一般為容易導(dǎo)電的金屬，與人體皮膚表面接觸后具有人的心電信號(hào)、肌電信號(hào)以及工頻信號(hào)等復(fù)雜的電信號(hào)。我們采用低噪聲的AD620運(yùn)放作為心跳速率提取電路的核心芯片。在濾波放大電路部分，采用了簡(jiǎn)單的低通濾波電路，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這種濾波電路足夠提取心跳速率信號(hào)。濾波放大后的信號(hào)，用可調(diào)的比較器結(jié)合三極管電路整形成5伏特的TTL電平信號(hào)，最后接到微處理器上，由微機(jī)處理心跳信號(hào)，計(jì)算出心跳速率并顯示出來(lái)。

　　圖1心跳速率檢測(cè)原理框圖

　　2.2基于AD620的信號(hào)提取電路

　　AD620運(yùn)放，通常用于高精度的測(cè)試儀器中，40ppm的最大非線性誤差，最大50uV電壓偏移，最大溫漂0.6uV/℃，因其低噪聲、低偏流、低功耗的特性在心電圖（ECG）、血壓監(jiān)視等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

　　圖2是基于AD620的信號(hào)提取電路，其中LEFT_ARM、RIGHT_ARM、LEG三引線接鋁片（即傳感頭）分別接到人體的左右手和右腳，我們的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，LEFT_ARM、的增益，在我們的實(shí)驗(yàn)中R4為1K，相應(yīng)的AD620運(yùn)放增益為50。增益太大會(huì)削弱最后的信噪比，在實(shí)驗(yàn)中要合理的設(shè)置R4阻值。LEFT_ARM、RIGHT_ARM引線間接0.1uF的電容是為有效的削弱工頻噪聲。LEG引線通過(guò)TL082A接到AD620，是為L(zhǎng)EFT_ARM、RIGHT_ARM的差動(dòng)信號(hào)提供人體的參考電位。

　　圖2基于AD620的信號(hào)提取電路

　　2.3濾波放大電路

　　圖3是濾波放大電路。三個(gè)運(yùn)放構(gòu)成三級(jí)放大，各放大100倍，由于電路損耗特別是隔離電容的損耗，實(shí)際信號(hào)放大倍數(shù)小于100萬(wàn)倍。電路中的R6及R5、R9及R8、R11及R10的阻值之比決定放大倍數(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中要合理的調(diào)節(jié)這些阻值。在放大信號(hào)的同時(shí)要采用低通濾波電路，達(dá)到濾除工頻噪聲的效果。由于工頻噪聲的頻率為50Hz，設(shè)計(jì)的濾波電路的通頻帶寬要小于50Hz，即其中電容電阻的RC時(shí)間常數(shù)要和工頻信號(hào)周期同一量級(jí)，電路中R7、C10組成低通濾波。在各級(jí)放大間我們采用1uF的電容隔離，這些電容同時(shí)會(huì)衰減信號(hào)，而三個(gè)運(yùn)放是選擇信號(hào)放大，因此信噪比得到提高。需要指出的是，隔離電容太大的話，容易引起輸出電信號(hào)漂移。

　　
圖 3 濾波放大電路