基于BMD101芯片的心电采集器的开发和应用

王廷宇 高军晖

摘 要：該文利用BMD101芯片，开发了一套心电测量系统。整个系统由心电数据采集及分析软件（运行在Android手机上）、BMD心电采集器、贴敷电极组成。利用这套系统，对人群进行心电测试，发现心率随年龄的变化规律。

关键词：BMD101芯片 神念科技 心电算法 Android 年龄分布曲线

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（c）-0066-02

Development and Application of ECG Acquisition System Based on BMD101 Chip

Wang Yanyu Gao Junhui

（1.Wuxi Big Bridge Experimental High School， Wuxi Jiangsu，214031；2.Shanghai biological information technology research center， Shanghai，200235，China）

Abstract：In this paper，we use BMD101 chip A set of ECG measurement system is developed.（Running on Android）、 ECG acquisition、Electrode composition. Use of the system，ECG test for people，The change of heart rate with age.

Key Words：BMD101 Chip；Neurosky；ECG Algorithm；Android；Age Distribution Curve

1 BMD101芯片介绍

BMD101芯片是神念科技（NeuroSky）[1]的第三代生物信号监测及运算的SoC设备。

BMD101被设计成由一个先进的模拟前端电路和一个灵活的，功能强大的数字信号处理结构组成。它的目标是生物信号输入，范围从紫外到MV水平，并由NeuroSky的专有算法来部署应用。

低噪声放大器和模数转换（ADC）是BMD101模拟前端的主要组件。因为极低的系统噪声和可编程增益，BMD101可以检测到生物信号并通过ADC转换成16位高分辨率的数值信号。

2 心电采集系统硬件设计

整个系统由Android手机（心电数据采集及分析软件）、BMD心电采集器、三块贴敷电极组成。（见图1）。

BMD心电采集器分别与手机和三块贴敷电极连接，与手机通过蓝牙连接，与三块贴敷电极通过连接导线。

BMD芯片通过SEP、SEN接受来自贴敷电极的模拟信号，然后将模拟信号转换成数字信号，最后把数字信号通过RX、TX发送给手机。

3 软件系统设计与实现

3.1 开发环境与工具

开发环境为Windows，开发工具为JDK、Eclipse、ADT、NeuroSky的API。

JDK的全称是Java Development Kit，是整个Java的核心。JDK下载地址：http：//www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/index.html。

Eclipse是一个开放源代码的、基于Java的可扩展开发平台。Eclipse作为Java及Android开发的IDE。

Andorid SDK为Android管理开发包工具，提供了Android各级平台的开发包和工具。

Android的开发团队专门针对Eclipse IDE定制了一个插件：Android Development Tools（ADT）。在Eclipse安装配置好ADT就可以进行开发了[2]。

神念科技的ThinkGear SDK（安卓版）[3]，可以帮助我们开发基于ThinkGear系列生物传感器的应用程序。安卓应用程序能够获取和使用生物信号数据，比如从神念科技传感器（包括基于BMD101的设备）获取心电和脑电信息。

3.2 功能介绍

软件系统的功能主要有打开连接、关闭连接、数据采集、数据显示等。采集到的数据主要是心率数据，其他数据还有放松度、心脏年龄等。

我们在程序中使用了神念科技的心电算法。神念科技心电算法包括娱乐算法和健康算法，这些算法为终端设备增加了非常有趣的娱乐功能和心脏健康监测功能，不但可以监测健康心脏，还可以监测患病心脏的恢复情况。

3.3 软件界面

应用程序的软件界面由上、中、下三个部分组成。（见图2）

屏幕的上方是三个按钮，分别表示“连接、断开连接和清除数据”，也就是接收信号的打开与关闭。

屏幕的下方是一个图形显示区域，展示心率随时间的变化。让测试者直观地了解自己心率的变化。

屏幕的中间是六个数据项，下面逐一描述。

（1）Heart Rate，指心率，此项数值代表了使用者的心率，单位为次/分钟（BPM）。

（2）Heart Age，指心脏年龄，通过设备得到的一个某个测试者心脏年龄的相对值。据统计，心脏年龄大于实际生命年龄者死亡风险较高。另外，只有10岁以上生命年龄者才适用与这个设备的测量。

（3）Respiratory Rate，指呼吸频率，此项数值记录了测试者每分钟呼吸次数。

（4）Relaxation，指放松度，此项数值展示了测试者是否紧张焦虑。数据分布从1一直到100，数值越高说明更加放松相反数值越低说明放松度越低。

（5）5minHeart Age，指5 min心脏年龄，取自于5 min内较为稳定准确的心脏年龄，排除瞬时变化对结果的影响。

（6）R_interval，指R间隔，单位毫秒中，每个波峰之间间隔时间。

4 初步应用

将三块贴敷电极贴在人体的左胸心脏位置、右胸与其平行位置、小腿位置。打开BMD心电采集器的电源，运行手机上的软件，经过一段时间，心率等信息就出现在屏幕上。为达到最优效果，所有的心电数据建议在用户安静端坐的情况下采集。

我们用这套系统对450个人进行了测量，并记录了被测试者的个人信息，包括性别、年龄、职业等。最终有效数据为436人，经过数据统计和分析，我们得到了心率随年龄变化的曲线（见图3）。

从图3我们可以看出，在青少年生长发育阶段，随着身体机能的不断成熟，运动量的日趋加大，心率不断增长。而当到达25岁左右时，心率达到顶峰，之后由于发育停止，心率逐步下滑。在50岁附近时，心率又一次开始爬升，这可能是因为人体步入了老年阶段后新陈代谢减弱的原因造成的。

通过以上工作，可以认为我们开发的系统具有一定的实用性。

参考文献

[1] http：//www.neurosky.com.cn/.

[2] 精通Android3[M].人民邮电出版社，2011.

[3] ThinkGear Development Guide for Android[M].NeuroKey.