中北大学课程设计说明书学生姓名：范建园学号：1105084110学院：信息与通信工程学院专业：生物医学工程题目：电子综合应用实践：人体简易心电图采集及分析系统研究指导教师：韩建宁、张权职称: 副教授、副教授2015 年 1 月 5 日中北大学课程设计任务书14/15 学年第一学期学院：信息与通信工程学院专业：生物医学工程学生姓名：范建园学号：1105084110 学生姓名：张浪学号：1105084137 学生姓名：张桂玮学号：1105084128 课程设计题目：电子综合应用实践：人体简易心电图采集及分析系统研究起迄日期：2015年1月5 日～2015年1月25日课程设计地点：院楼610指导教师：韩建宁、张权系主任：张权下达任务书日期: 2015 年1月 5 日1．设计目的：设计一个简易心电图仪，可以测量人体心电信号并在示波器上显示出来。
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：1、查阅相关资料；进行总体方案设计，得到原理框图；2、要求：（1）根据设计选择适当芯片（2）设计中需包含放大模块、滤波模块（3）滤波设计的低频截止频率0.05Hz，高频截止频率100Hz，误差±5Hz （4）设计心电放大器所用的直流稳压电源，输出交流噪声＜±3mA3、选择合适器件，进行最终电路的仿真；4、要求3~5位同学为一组，分工明确，完成课题。
3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：1、课程设计说明书一份2、仿真程序清单3、仿真结果，附结果分析及结论4．主要参考文献：1 华成英，童诗白.模拟电子技术基础北京：高等教育出版社，2006.5.2 王港元.电子电工实践指导江西科学技术出版社，2005.3 谢自美.电子线路设计•实验•测试第三版华中科技大学出版社.4 孙梅生.电子技术基础课程设计高等教育出版社5 周辉数字信号处理基础及Matlab实现中国林业出版社 20056 肖伟刘忠 Matlab程序设计与应用清华大学出版社 20057 钱同惠编著.数字信号处理.北京：机械工业出版社，20048 姚天任，江太辉编著.数字信号处理.第2版.武汉：武汉理工大学出版社，20009 黄文梅，熊佳林，杨勇编著.信号分析与处理——MATALB言及应用.长沙：国防科技大学出版社，20005．设计成果形式及要求：课程设计说明书仿真结果6．工作计划及进度：2015年：1月 5 日 ~ 1月10日：查资料；1月11日 ~ 1月13日：在指导教师指导下设计方案；1月14日 ~ 1月20日：在指导教师辅导下完成实验；1月21日 ~ 1月24日：撰写课程设计说明书；1月25日：答辩。
系主任审查意见：签字：年月日摘要心电图是临床疾病诊断中常用的辅助手段。
心电数据采集系统是心电图检查仪的关键部件。
人体心电信号的主要频率范围为0.05Hz~100Hz，幅度约为0~4mV，信号十分微弱。
由于心电信号中通常混杂有其它生物电信号，加之体外以50Hz 工频干扰为主的电磁场的干扰，使得心电噪声背景较强，测量条件比较复杂。
为了不失真地检出有临床价值的干净心电信号，往往要求心电数据采集系统具有高稳定性、高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声及强抗干扰能力等性能。
本设计利用集成仪表放大器AD620和滤波电路设计了一种符合上述要求的简易心电图仪。
关键词：心电图干扰 AD620 滤波AbstractElectrocardiogram is commonly used in clinical disease diagnosis of auxiliary means. Ecg data acquisition system is electrocardiogram checking of the key components. The main body ecg signal frequency range is 0.05 Hz ~ 100Hz, amplitude is approximately 0 ~ 4mV, signal is very weak. Because electrocardiosignal usually mingled with other biological signals, coupled with the in vitro in 50Hz power frequency interference of electromagnetic interference, mainly making ecg noise background stronger, measuring conditions are complex. In order not to distortion to detected with clinical value of ecg signal, clean often ask ecg data acquisition system with high stability, high input impedance, high common mode rejection ratio, low noise and strong anti-jamming ability, such as performance. This design using integrated instrumentation amplifier AD620 and filter circuit design a kind of to satisfy the above-mentioned requirements of simple ecg apparatus.Keywords: electrocardiogram interference AD620 filtering目录摘要 (1)Abstract (2)目录 (3)1、设计要求 (4)2、方案设计 (5)2.1理论分析及芯片选用依据 (5)2.2设计方案论证 (5)2.2.1输入回路噪声抑制设计 (5)2.2.2 前置放大模块 (6)2.2.3 滤波网络模块 (6)3、系统实现 (7)3.1主要单元电路设计 (7)3.1.1前置放大模块及右腿驱动电路 (7)3.1.2 主放大器电路 (9)3.1.3 滤波电路 (9)3.2低噪声稳压电源的设计 (11)3.3系统硬件接线原理图 (11)4. 心电图分析 (12)例子 (19)5. 基于matlab的心电信号检测与分析： (21)5.1 ECG处理的意义 (21)5.2 以软件为主的方法实现QRS波的检测 (21)5.3 QRS波检测方法与程序 (22)总结 (29)参考文献 (30)附录 (31)设计制作一个简易心电图仪，可以测量人体心电信号并在示波器上显示出来。
示意图如图1所示。
图1 简易心电图仪示意图导联电极说明：RA-右臂；LA-左臂；LL-左腿；RL-右腿。
第一路心电信号，即标准I 导联的电极接法：RA 接放大器反相输入端（－），LA 接放大器同相输入端（＋），RL 作为参考电极，接心电放大器参考点。
第二路心电信号，即标准Ⅱ导联的电极接法：RA 接放大器反相输入端（－），LL 接放大器同相输入端（＋），RL 作为参考电极，接心电放大器参考点。
RA 、LA 、LL 和RL 的皮肤接触电极分别通过1.5m 长的屏蔽导联线与心电信号放大器连接。
基本要求及技术指标如下：1）根据设计选择适当芯片2）低频截止频率0.05Hz ，（可不测试，由电路设计予以保证）;3）高频截止频率100Hz ，误差±5Hz;4）设计心电放大器所用的直流稳压电源，输出交流噪声＜±3mA5）设计中需包含放大模块、滤波模块导联电极具体使用：(1)用80mm ×20mm 薄铜皮作为皮肤接触电极。
(2)用带有尼龙拉扣的布带或普通布带将电极分别捆绑在四肢相应位置。
(3)测量心电图前，应使用酒精棉球仔细将与电极接触部位的皮肤擦净，然后再捆绑电极。
为减小电极与皮肤间的接触电阻，最好在电极下滴1～2滴5％的盐水，或用5％盐水浸过的棉球垫在电极与皮肤之间。
(4)被测人员应静卧，以避免测量基线大幅度漂移、降低噪声。
LA RA RL LL 心电信号 放大器 通用 示波器 稳压电源 ～220V2.1 理论分析及芯片选用依据2.1.1心电信号的特点心电信号属于强噪声背景下的低频微弱信号，它是由复杂的生命体发出的不稳定的自然信号，由于受到人体诸多因素的影响，因而有着一般信号所没有的特点。
信号弱。
例如从母体腹部取到的胎儿心电信号仅为10μv,成人的心电信号范围也仅为5mv.噪声强。
由于人体自身信号弱，加之人体又是一个复杂的整体，因此信号易受噪声的干扰。
如胎儿心电混有很强噪声，它一方面来自肌电、工频等干扰，另一方面，在胎儿心电中不可避免地含有母亲心电，母亲心电相对我们要提取的胎儿心电则变成了噪声。
随机性强。
心电信号信号不但是随机的，而且是非平稳的。
正是因为生物医学信号的这些特点，使得心电信号处理成为当代信号处理技术最可发挥其威力的一个重要领域。
2.1.2 心电信号的特征参数图2.1如图2.1为完整的心电信号波形图，分别由P波、P—R段、P—R间期、QRS复合波、S—T段、T波和U波组成。
本文将重点讲诉QRS波。
并且对它进行相关分析。
人体心脏工作产生的生物电流在身体表面不同部位产生不同电势，并且随心跳的节律呈现规律性的升降变化，通过电极将变化着的电位差检测并记录下来就是心电图（ECG）。
心电信号是一种带宽为 0.05Hz 至 100Hz（有时高达 1kHz），幅度在10µV~5mv 的微弱交流信号，并且混杂有人体生物电干扰以及各种外部电磁干扰。
如何从环境噪声中提取微弱的心电信号是设计的难点和要点。
低成本低功耗便携式简易心电图仪是本设计的最大考量。
它顺应了保健电子产品设计的发展趋势。
系统采用低噪声稳压电源供电，能采集标准导联方式 I 或 II 心电信号，通过放大、滤波得到模拟心电信号。
本系统主要需要以下几种功能的芯片：仪用放大器、通用运算放大器，。
为此，在选择用于本系统的集成芯片（IC）时，低功耗、小尺寸、高精度、性能稳定的芯片就是选用的目标。
其中，AD620是低成本、高精度仪表放大器,仅需要一个外部电阻设置增益，增益范围为1至10,000。
此外，AD620采用8引脚SOIC和DIP封装，尺寸小于分立电路设计，并且功耗更低（最大工作电流仅1.3mA）。
AD620具有高精度、低失调电压和低失调漂移特性，低噪声、低输入偏置电流和低功耗特性，使之非常适合心电图（ECG）和无创血压监测仪等医疗应用。