【FastBond项目分享】体外诊断之便携式12导联心电仪

原创电子森林 2022-01-21 17:31

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便携式12导联心电仪视频讲解

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项目介绍

该心电仪设计的时候主要考虑了以下几点：

1.体积足够小，足够便携。让用户对他的体积重量的感知尽可能的低。

2.设备足够安全。所有与医疗有关的设备，无论是医疗器械，还是辅助诊断设备，都要保证不对使用者的安全有不好的影响。更不能有危险的存在。

3.设备代码有保护，不会轻易被别人所复制。不会产生设计了一个产品，然后被人轻易读出代码，然后抄板复制。

基于以上几点，我设计了这一款12导联的心电仪。

硬件部分，采用STM32F103作为主控，ADS1298作为心电波形采样主芯片。美信的DS2411R作为软件加密芯片。ADI的ADP151作为供电的LDO。使用3节干电池作为供电，这样安全性比较高。使用蓝牙进行通信，支持TF卡功能。

软件部分：可使用蓝牙实时上传采集到的心电数据，并可以使用对应的接收软件解析出来。也可将心电数据保存到TF卡里面，然后把文件读出来解析出相关数据。板子预留一个按键可以作为扩展功能使用，比如紧急呼叫，一键暂停或者开始，通知设备上传数据到云端。

上位机部分：使用C#编写，可以接收设备上传的信号，能够显示12条导联波形，显示设备当前电量，得到按键状态等功能。用于辅助测试以及演示使用。该项目原本计划还有一个手机端的软件，受限于时间并没有完成。

最开始计划使用ADAS1000加MAX32660然后使用LTC6655作为模拟部分基准芯片，放弃的原因也很简单，成本太高了，远远超出预算。最后选择了当前展示的方案。

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项目用到的仪器器件

仪器

1.心电模拟器：可产生1Hz的方波信号，60BPM的正常心电波形，100BPM心电波形。

2.示波器：用于采集模拟端输出的信号，以及判断通信波形是否正常。

3.万用表：用于测量板子电源是否正常工作，以及相关功耗性能测试。

器件

1.ADI的ADP151

超低功耗，超低压差的LDO芯片，用于给ADS1298提供3.3V的模拟电源。性能非常优异。200 mA负载时工作电源电流低至265 μA，因此ADP151适合电池供电的便携式设备。

2.美信的DS2411R

非常经典的加密芯片，通过单总线接口可以巷设备提供一个唯一ID用于加密功能，当然，比起目前可以将部分代码放到加密芯片里面的新型加密芯片来说，DS2411R是有一点落后，不过SOT23-3的封装，加上目前出开盖外没啥有效的破解手段的原因。使用这个芯片还是完全能够应对此项目的需求的。

3.ADS1298：

8通道、24位模拟前端。与普通的模／数转换芯片相比，ADS1298更多的优势在于其便携性、紧凑性、低功耗性。该芯片的集成特性包括8路独立的PGA和24b ADC，右腿驱动电路以及电极检测等。

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关键代码与说明

1.ADS1298驱动代码

ADS1298_SPI_Init();
ADS1298_CS_L;delay_us(1);SPIx_ReadWriteByte(ADS1298_SDATAC);
while(device_id != 0x92)       //识别芯片型号，1298为0x92{    device_id = ADS1298_SPIReadReg(ADS1298_ID);//    printf("ID:0X%02X\n",device_id);    delay_ms(100);}
ADS1298_SPIWriteReg(ADS1298_CONFIG1, 0X46); //LP 250    0XC6); //HR 500 //ADS1298_SPIWriteReg(ADS1298_CONFIG2, 0X34);ADS1298_SPIWriteReg(ADS1298_CONFIG3, 0XCC);ADS1298_SPIWriteReg(ADS1298_LOFF, 0X33);
ADS1298_SPIWriteReg(ADS1298_CH1SET, 0X60); //12 正常ADS1298_SPIWriteReg(ADS1298_CH2SET, 0X60); ADS1298_SPIWriteReg(ADS1298_CH3SET, 0X60); ADS1298_SPIWriteReg(ADS1298_CH4SET, 0X60); ADS1298_SPIWriteReg(ADS1298_CH5SET, 0X60); ADS1298_SPIWriteReg(ADS1298_CH6SET, 0X60); ADS1298_SPIWriteReg(ADS1298_CH7SET, 0X60); ADS1298_SPIWriteReg(ADS1298_CH8SET, 0X60); 
ADS1298_SPIWriteReg(ADS1298_RLD_SENSP, 0X00);ADS1298_SPIWriteReg(ADS1298_RLD_SENSN, 0X00);ADS1298_SPIWriteReg(ADS1298_LOFF_SENSP, 0X00);ADS1298_SPIWriteReg(ADS1298_LOFF_SENSN, 0X00);
ADS1298_SPIWriteReg(ADS1298_PACE, 0X01);ADS1298_SPIWriteReg(ADS1298_CONFIG4, 0X02);ADS1298_SPIWriteReg(ADS1298_WCT1, 0X0A);ADS1298_SPIWriteReg(ADS1298_WCT2, 0XE3);
SPIx_ReadWriteByte(ADS1298_RDATAC);ADS1298_START_H;       //转换开始

2.DS2411R驱动代码

//初始化DS2411的IO口 DQ 同时检测DS的存在//返回1:不存在//返回0:存在       uint8_t DS2411_Init(void){    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);   //使能PA端口时钟
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;         //LED0-->PA.8 端口配置    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;      //推挽输出    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);    GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2);             //PA.8 输出高
    DS2411_Rst();    return DS2411_Check();}  //从DS2411得到SNshort DS2411_Get_SN(void){    uint8_t SN[8];    DS2411_Rst();    if(DS2411_Init())printf("DS2411 Check Failed!");       DS2411_Write_Byte(0x33);// Read ROM          SN[0]=DS2411_Read_Byte(); //0     SN[1]=DS2411_Read_Byte(); //1    SN[2]=DS2411_Read_Byte(); //2    SN[3]=DS2411_Read_Byte(); //3    SN[4]=DS2411_Read_Byte(); //4    SN[5]=DS2411_Read_Byte(); //5    SN[6]=DS2411_Read_Byte(); //6    SN[7]=DS2411_Read_Byte(); //7    printf("%.2X-%.2X-%.2X-%.2X-%.2X-%.2X-%.2X-%.2X",SN[0],SN[1],SN[2],SN[3],SN[4],SN[5],SN[6],SN[7]);      return 0;    }

3.代码主逻辑

void TIM3_IRQHandler(void)   //TIM3中断{  static uint8_t flag = 0;  static uint8_t s = 0;  if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET) //检查指定的TIM中断发生与否:TIM 中断源   {    TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);  //清除TIMx的中断待处理位:TIM 中断源     if(SWITCH == 1)    {      if(flag == 0)        mode = 0;      else        flag = 0;    }    else    {      if(flag == 1)        mode = 1;      else        flag = 1;    }        if(mode == 0)    {      if(ble_ecg.state != 0)      {        LED0 = 1;        LED1 = 0;      }      else      {        LED0 = 1;        LED1 = s%2;      }    }    else    {      if(sd_ecg.state != 0)      {        LED0 = 0;        LED1 = 1;      }      else      {        LED0 = s%2;        LED1 = 1;      }    }    s++;      }}