ADS1298模拟前端的便携式生理信号采集系统

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基于ADS1294的表面肌电信号采集系统的设计

基于ADS1294的表面肌电信号采集系统的设计林锦荣;谭北海;谢胜利【摘要】目的:设计并实现一种表面肌电信号采集系统.方法:由基于ADS1294数模转换芯片的前端信号采集模块、基于LPC2368的微处理器模块以及运行在Windows环境下的上位机控制程序构成整套系统.由上位机程序发出控制命令,经串口传输到微处理器,从而实现对前端采集模块的控制,将采集到的信号经过微处理器模块最终传输到个人计算机上进行显示与保存.结果:系统能够实时从人体采集多路表面肌电信号,在上位机程序中动态显示,并将信号转换成24位μV级数据存储在个人计算机上.结论:经过大量临床试验表明,系统具有体积小、功耗低、精度高以及操作直观等优点,可以获得多路清晰的表面肌电信号,可以应用于肌肉临床诊断、康复医学及运动医学等领域.【期刊名称】《医疗卫生装备》【年(卷),期】2015(036)001【总页数】4页(P5-7,28)【关键词】表面肌电图;ADS1294;LPC2368【作者】林锦荣;谭北海;谢胜利【作者单位】510006广州,广东工业大学自动化学院;510006广州,广东工业大学自动化学院;510006广州,广东工业大学自动化学院【正文语种】中文【中图分类】TP274+.2;R318肌电是神经、肌肉兴奋发放生物电的结果，它是产生肌肉力的电信号根源。

常用的获取肌电信号的手段有针电极插入肌肉检测和表面肌电检测2种。

其中，采用针电极的优点是干扰小、定位性好、易识别，但由于它是一种有创的检测方法，其应用受到一定限制[1-2]。

而采用表面电极相比较而言具有无创性、操作简易、患者易于接受等优点，并且采集到的表面肌电图（surface electro myography，SEMG）作为特异性良好的评估神经肌肉功能状态指标被广泛应用于临床医学、康复医学的肌肉功能评价，以及体育科学中的疲劳判定、运动技术合理性分析、肌纤维类型和无氧阈值的损伤性预测等领域[3]。

一种单导联心电检测前端设计

一种单导联心电检测前端设计摘要随着人们对健康的重视，智能化医疗设备作为一种辅助检测工具，有助于对老人、小孩、军人等各类人群的生理参数进行实时检测和分析。

本单导联心电检测前端设计通过结合单导心电及WIFI传输技术，将采集的心电信号和心率信号实时传输到云平台或手机APP，供医生及时查看和辅助诊断，从而进一步实现心血管疾病预防和诊断的家庭化、便携化，降低医疗诊断、治疗和监护的成本。

其设计在保留传统心电检测功能的基础上增加了心电数据传输功能，并可根据心电图计算出心率，对患者进行高质量的实时心脏监护，未来还可以通过心电大数据的深度学习来实现智能诊断功能。

关键词：心电检测、单导联、无线传输、心脏监护、可穿戴设备、实时检测中图分类号：TN806引言受新冠疫情的启发，为了便于医生快速获取患者的心电、心率信息，也方便人们家用检测，本项目通过单导心电和WIFI传输技术，采用FFT滤波、中值滤波去除基线，得到准确可靠的心电波形数据，并将心电信号实时传输到云平台或手机APP，供医生即刻查看和辅助诊断，对患者进行高质量的实时心脏监护，从而降低疾病突发风险，提高病情管控效率。

本设计在保留传统心电检测功能的基础上增加了心电数据传输功能，并可根据心电图计算出准确的心率，同时保存心电数据文件，可以对心电检测历史进行回放以及后期的诊断处理。

1系统硬件设计一种单导联心电检测前端包括心电采集模块、WIFI模块、电源模块、单片机处理模块。

心电采集模块用到的芯片为ADS1292，和单片机之间采用SPI进行通信。

WIFI模块和单片机之间采用串口通信。

整体硬件设计图如图1所示。

图1 整体硬件框图1.1心电采集模块设计本系统采用TI公司生产的用于生物电势测量的模拟前端ADS1292，该芯片低功耗，具有24位双通道采集，32引脚，TQFP封装。

ADS1292每通道功率仅335W,内置有右腿驱动放大器、持续断线检测和测试信号，并且拥有非常灵活的断电以及待机模式。

采用SOC芯片的便携式无线心电监护系统

采用SOC芯片的便携式无线心电监护系统袁海波;戴爽;肖步文;薛鸿飞;张健;李传南【期刊名称】《吉林大学学报（信息科学版）》【年(卷),期】2015(033)003【摘要】针对传统心电监护装置电路结构复杂、体积大、携带不便等问题,设计一种高度集成的便携式无线心电监护系统.系统采用模拟前端SOC(System On Chip)芯片ADS1298作为心电信号(ECG:Electro Cardio Gram)测量的核心芯片,结合高速、低功耗的单片机STC12LE5A60S2以及无线传输模块,再将ECG数据传输给上位机,由LabVIEW软件编写的程序完成ECG信号处理.测试结果表明,该系统具有电路结构简单、体积小,抗干扰能力强、便携式、高精度等优点,有利于对心血管疾病的院前发现、防治和远程诊治,同时降低了心源性猝死的发生率.【总页数】6页(P274-279)【作者】袁海波;戴爽;肖步文;薛鸿飞;张健;李传南【作者单位】吉林大学集成光电子学国家重点联合实验室,长春130012;吉林大学电子科学与工程学院,长春130012;吉林大学集成光电子学国家重点联合实验室,长春130012;吉林大学电子科学与工程学院,长春130012;无锡华润华晶微电子有限公司,江苏无锡214061;吉林大学集成光电子学国家重点联合实验室,长春130012;吉林大学电子科学与工程学院,长春130012;吉林大学集成光电子学国家重点联合实验室,长春130012;吉林大学电子科学与工程学院,长春130012;吉林大学集成光电子学国家重点联合实验室,长春130012;吉林大学电子科学与工程学院,长春130012【正文语种】中文【中图分类】TP274.2【相关文献】1.便携式心电监护系统中心电信号的实时分析方法设计 [J], 田福英2.便携式十二导联低功耗心电监护系统的设计 [J], 王思毅;孙瑞杰3.心电监护系统便携式智能终端的设计 [J], 杨子立4.基于ARM11的便携式心电监护系统 [J], 张鹤;夏利;孙丹5.基于Android的便携式心电监护系统设计 [J], 吴兆强;彭龑;宋光珍因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

ADS1299

● 【参考文献】
［1］陈长伟，谷秀凤 .备考江苏省计算机等级考试策略 [J]. 经济研究导刊，2010 （04）：85－86 ［2］李联宇 .计算机等级考试的研究与思考 [J].计算机教育，2011（19）：106－107 ［3］严明，单启成.Visual Foxpro 教程[M].苏州：苏州大学出版社，2008.
【关键词】脑电图；集成模拟前端；MCU ；USB
0 引言
脑电信号是由脑神经活动产生并存在于中枢神经系统的自发性电位活动，含有丰富的大脑活动信息，是大脑研究、生理研究和临床脑疾病诊断的重要手段。脑电图(EEG: Electroencephalogram)是通过把电极放到头皮或大脑皮层上运用脑电采集系统记录到的脑部生物电活动的波形图。脑电信号主要频率在 0.5～100Hz, 信号幅值范围为 5～ 100μV[1]。通常脑电采集系统，由于各个通道均需要独立的模拟放大、陷波和滤波等模块，故其体积往往较大，且过多的模拟电路给脑电采集系统带来大量的噪声。本文设计一种运用集成模拟前端 ADS1299 直接放大采集脑电信号，并利用 DSP 进行数字陷波和滤波的脑电信号采集系统，该系统具有可复用、便携、功耗低等特点，为脑电信号的采集提供一种新方案。
3 上位机程序设计
5 结束语
本文基于 24 位 ADC 技术的采集系统,能够对脑电信号进行高分辨率采样和数字处理。一方面，简化了硬件电路；另一方面，由于数字滤波、陷波器的参数可通过软件方式方便的调节，故可实现仪器复用。对样机的测试表明，系统能够正常工作，非常适合于脑电信号的采集。科

ADS1198ADS1298开发设计心得与遗留问题总结

6.当心电模拟仪测试信号好用后，我实测人体信号，发现各路信号基线都不一致，我调试了半个月也没调出来，（我的设计基本上是抄TI的设计指南里的原理图的,我也明白为什么TI设计指南里为什么没有给出实测人体信号！，估计它的板子也一样有这个问题），后来请教TI的技术支持工程师JHL老师，他说要加高通滤波器，后来我在输入进ADS1198前加了各种高通滤波器，发现最实用的竟然是用0.1UF加10M电阻，这样这8路信号基本上在一条直线上了，（V1偏差大一点与其他的基线差100左右），但加了电阻电容滤波后，用心电模拟仪再测量时，原本一致的基线现在反而有偏差了，我是搞糊涂了！另外今天刚看到JHL老师的回复，说他说的加高通滤波实际上是软件滤波，如果是这样的话，看来我用430就不行了，应该改DSP做FFT变换吧！
本人使用MSP430F5418与ADS1198设计12导心电监测仪，其实就是个低档的HOLTER,在HOLTER的基础上加了几个操作按键和LCD显示屏。历时3个多月，前几天算是能比较满意的用ADS1198采集到ECG信号了！现在简单说下开发过程以及遇到的一些问题。
先说下MSP430单片机，本人01年开始使用（那是还是大四），先后使用过1100,135,149,2418等型号，这次选用了5418，因为信价比高，等开始实际调试使用时，才发现5418与之前的型号有很多升级。增加了几个功能模块同时也整合了一些功能模块。比如SYS模块,PMM模块，UCS模块等（还有一些功能由于没用上也没研究），这几个模块我看了很长时间英文资料（英文水平不咋地）后，发现SYS和PMM模块对我根本就没有用，并且把PMM模块关掉了，增加了这些模块视乎能提高430的安全性，但我觉得430这种单片机由于设计宗旨是低功耗3V供电。所以一般都是采用电池供电的，加上这2个模块似乎意义不大。反而与之前的型号兼容性不好了！

基于STM32F103RCT6和ADS1298的脑电信号数据采集与波形显示

- 26 -第12期2018年6月No.12June，2018脑电信号（Electro Encephalo Gran ，EEG ）是由脑神经活动产生并且始终存在于中枢神经系统的自发性电位活动，含有丰富的大脑活动信息，是大脑研究、生理研究、临床脑疾病诊断的重要手段[1]。

目前，由于脑电信号的采集方式不同，因此所获得的结论差异较大，大多采用普通单片机作为控制器，转换芯片的精度也相对较低，因此本文根据脑电信号的微弱特性和微弱信号处理要求，介绍了脑电信号采集系统组成和信号处理的有效方法[2]。

本实验采用了TI 公司研发的ADS1298这款24位高精度A/D 采集转换芯片，简化高效了“信号采集转换”这一过程，优于单独搭建外围放大、滤波电路这种普通采集模式，加之ARM 公司研发的ARMv7M 架构的STM32F103RCT6这款高性能、低功耗的主控芯片，使得所测数据更加准确。

1 方案设计本系统主要有电极连接部分、预处理电路、A/D 采集转换、数字滤波及显示部分5大模块。

采用串行外设接口（Serial Peripheral Interface ，SPI ）为主控芯片与采集芯片的通信方式，之所以采用SPI 进行传输，主要是操作简单，只有4个接口，而且支持全双工，其传输速率高，主机和从机各有一个移位寄存器，且二者连接成环，随着时钟脉冲，数据按照从高位到低位的方式依次移出主机寄存器和从机寄存器，并且依次移入从机寄存器和主机寄存器[3]。

当寄存器中的内容全部移出时，相当于完成了两个寄存器内容的交换。

然后将转换后的十六进制数据发送窗口调试助手进行记录并保存，到此，完成了脑电信号数据的采集转换，最后将数据导入MATLAB ，采用EMD 算法进行滤波，还原出准确的脑电波形。

2 主要硬件电路设计为了节省空间、降低干扰，本文采用ADS1298为信号采集前端，该芯片是TI 公司近年推出的一款针对心电和脑电信号采集的24位高精度专用模数转换芯片。

基于ADS1299的可穿戴脑电信号及肌电信号放大器[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810862194.4(22)申请日 2018.08.01(66)本国优先权数据201810578672.9 2018.06.07 CN(71)申请人杭州航弈生物科技有限责任公司地址 311100 浙江省杭州市余杭区余杭经济技术开发区新颜路22号301N(72)发明人白玉晶　魏彦兆　路越　林熠阳　王立鹏　(74)专利代理机构宁波高新区永创智诚专利代理事务所(普通合伙) 33264代理人胡小永(51)Int.Cl.A61B 5/0476(2006.01)A61B 5/0488(2006.01)(54)发明名称基于ADS1299的可穿戴脑电信号及肌电信号放大器(57)摘要本发明公开了一种基于ADS1299的可穿戴脑电信号及肌电信号放大器，属于信号采集技术领域，本发明通过设置两片ADS1299芯片，能够分别采集脑电信号和肌电信号两种信号，使高质量的脑电信号采集和肌电信号采集更易于实现，并且通过各部件的配合，减少了脑电信号采集过程中的噪声干扰，提高了脑电信号的质量，同时降低了系统功耗。

权利要求书1页说明书5页附图1页CN 108968954 A 2018.12.11C N 108968954A1.一种基于ADS1299的可穿戴脑电信号及肌电信号放大器，其特征在于，所述基于ADS1299的可穿戴脑电信号及肌电信号放大器包括：多个第一导联电极、多个第二导电电极、集成前端放大器、控制器和通信电路，所述集成前端放大器包括第一ADS1299芯片和第二ADS1299芯片，各第一导电电极分别与所述第一ADS1299芯片相连，各第二导电电极分别与所述第二ADS1299芯片相连；所述第一ADS1299芯片，用于从所述第一导联电极处采集脑电信号，对采集的脑电信号依次进行信号放大以及信号过滤，并将信号过滤后的脑电信号发送至所述控制器；所述第二ADS1299芯片，用于从所述第二导联电极处采集肌电信号，对采集的肌电信号依次进行信号放大以及信号过滤，并将信号过滤后的肌电信号发送至所述控制器；所述控制器，用于将接收的脑电信号和肌电信号通过所述通信电路发送至上位机。

多导生理信号记录仪介绍

多导生理信号记录仪介绍多导生理信号记录仪(mindware)，是目前世界上应用广泛，功能强大的电脑化多导生理信号记录仪；分为BioNex台式多导生理信号记录仪及无线动态便携多导生理信号记录仪，其独有的BioLab数据采集显示软件可轻松快速的从Mindware整个产品线包括BioNex 和动态系统获得信号。

而且它还可以将生理电信号与实验室中采集的视频和音频信号同步。

选购放大器及相应换能器可以完成以下生理信号测量：ECG，EMG，EOG，各种力和角度等传感器，阻抗心动图（ICG），体积描记法plethysmography）等。

应用：心理生理学（ECG，EMG，GSC，ImpedanceCardiography，etc.）生物力学，运动医学和运动学（角度计，EMG，Impedance Cardiography）神经科学（EEG，EOG，ect.）生物学（生理电信号）生命科学教学（生理电信号，传感器，数据分析和显示）工程领域（力学，加速度，振动和位移等）功能特点：测试项目包含脑电、心电、肌电、眼电、皮电、皮温、呼吸、脉搏、心率变异性、阻抗心动图、血压、三轴加速度、各种力和角度、音/视频等；音视频与数据同步采集、回放；可按需选择传感器模块，配置灵活；具有台式和无线动态两种采集方式；软件具有集成数据回放与输出，多种事件记录方式，实时事件日志，用户在线自定义事件编码，多种触发方式，远程控制，实时分析等功能；数据可导出到Excel或TXT软件；可与第三方设备结合同步使用，如E-prime刺激编译软件，ASL眼动仪，Tobii 眼动仪，Noldus行为分析系统。

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议与上位机进行数据传输。上位机ＵＳ驱动由ＮＩＶＩＡ实现，件用ＬａＶＩＢ — Ｓ软ｂＥＷ开发。
关键词：生理电信号；４位ＡＤＣ；Ｂ；ａＶＩＷ２ＵＳＬｂＥ中图分类号：ＴＨ７６７文献标识码：Ａ
Ａ／转换芯片和低数值基准电压源，到高分辨率的数Ｄ得
引言
生理电信号在医疗诊断和科学研究方面有着重要的
字信号（／ｉ级）传送至单片机。单片机根据具体的Ｖｂｔ，
应用（电或心电）置Ａ／脑配Ｄ芯片，进行数据的采集、并存储。由于数据量较大，统上／位机之间采用ＵＳ系下Ｂ协议
意义。目前，生理电信号采集装置通常针对某种特定的信号设计，如脑电图机、心电图机等。通常精度高的仪器，由于各个通道均需要独立的模拟放大、波等模块，滤故其体
实时采集，能对数据进行显示和存储。它具该系统下位机主要由Ｓ公司的并体功Ｔ
ＳＴＭ３２单片机ＳＴＭ３Ｆ０２１３和ＴＩ公司的ＡＤＳ２８模拟前端Ｉ１９Ｃ构成，去了大量的外围电路。下位机通过ＵＳ２０协省Ｂ．
积往往较大［，１限制了仪器的应用环境。而脑电的幅频特］性 “ ．０～０１ｍＶ、．～４ ” 心电的幅频特性 “ ～００１．０５ＯＨｚ与１５ｍＶ、．５０ ” 有相似性。本文运用００～１０Ｈｚ具
新器件新技术
Ａ１９ＤＳ８模拟前端的便携式生理信号采集系统２
魏厚杰 ’ 官金安。，方浩
（．中南民族大学生物医学工程学院，１武汉４０７；２３０４．武汉东湖学院）
摘要：介绍了一种便携式多功能生理信号采集装置，户通过简单设置及选择相应电极，分别进行脑电和心电数据的用可
（．Ｃｌｇｆｏｄｃｌｇｎｅｉｇ，ｏｔｅｔａｉｅｓｙｆｒＮａｉｎｌｉｓ１ｏｌｅｏｍｅｉｅＢｉａＥｎｉｅｒｎＳｕｈＣｎｒｌＵｎｖｒｉｏｔａｉｅ，Ｗｕａ３０４，Ｃｉａ．ＷｕａｏｇｕＵｎｖｒｉ）ｔｏｔｈｎ４０７ｈｎ；２ｈｎＤｎｈｉｅｓｙｔ
Ａｂｓｒｔｔａｃ：Ｔｈｉｐｒｉｒｓｐａｅｎｔｏｄｕｅｏｒａｅｍｕｔ—ｕｎｔｏｎｌｂｉｐｏｅｉｌｓｇｎｌａｑｓｔｏｎｄｖｃ．Ｔｈｒｇｈｓｍｐｅｓｔａｄｅｅｔｏｅｅ — ｃｓａｐｔｂｌｌｉｆｃｉａｏｔｎｔａｉａｃｕｉｉｉｅｉｅｏｕｉｌｅｎｌｃｒｄｅｓｌｅｔｏｎ，ｔｖｃａｏｌｃｉｈｅｄｅｉｅｃｎｃｌｅｔ，ｄｓａｄｓｏｒｉｐｌｙａｎｔｅＥＥＧｎＥＣＧｔｎｅｌｔｍｅＩｓｈｉｅｉｉｎ，ｓａｌｓｚｎｄｌｗｏｗｅｏｕｐ— ａｄｄａａｉｒａ－ｉ．ｔｈａｇｈｐｒｃｓｏｍｌｉｅａｏｐｒｃｎｓｍｔｏｎｉ．ＴｈｅｌｗｅｏｐｕｅｏｎｉｔｆＳＳＭ３ｉｒｃｎｔｏｌｒＳＴＭ３２０３ａＩＡＤＳ１２８ａａｏｒｎｔｅｄＩ，ｎｄｉａｅｕｍ — ｏｒｃｍｔｒｃｓｓｓｏＴＴ２ｍｅｏｏｒｌｅＦ１ｎｄＴ９ｎｌｇｆｏ — ｎＣａｔｓｖｓａｎｈｅｆｐｅｉｒｌｃｒｕｉｓｒｏｒｐｈｅａｉｃｔ．ＬｏｅｏｐｕｅｒｎｓｉｓｔａａｔｏｓｏｐｕｅｈｏｈＳｗｒｃｍｔｒｔａｍｔｈｅｄｔｏｈｔｃｍｔｒｔｒｕｇＵＢ２．ｒｔｃ．Ｓｄｒｖｒｏｈｏｔｃｍｐｕｅ０ｐｏｏｏ１ＵＢｉｅｆｔｅｈｓｏｔｒ
ｉｅｌｅｙＮＩＶＩＡ，ｎｈｏｔｒｓｄｓｇｅｙＬａＶＩｓｒａｉｄｂ — ＳａｄｔｅｓｆｗａｅｉｅｉｎｄｂｂＥＷ．ｚＫｙｗｏｄ：ｂｏｏｅｔｌ２ｉＡＤＣ；Ｂ；ｂＥＷｅｒｓｉｐｔｎｉ；４ｂｔａＵＳＬａＶＩ
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