智能胎儿心跳监测器MEMS传感器与机器视觉的精准协同

为了确保孕妇和胎儿的健康，国际上将妇幼保健指标视为衡量社会发展水平的关键要素。中国政府设定了小康社会所需的健康标准，如平均预期寿命、婴儿死亡率和孕产妇死亡率等，这些都需要通过妇幼保健服务来实现。在医院进行的产前检查包括测胎心率、确定胎位、监测血压和体重以及评估腹围和宫底高度等。然而，传统的手动听诊器或超声多普勒仪难以准确地计数快速的心跳，而高端超声多普勒设备则因其昂贵而无法普及给中小型医院及乡村地区。

为了解决这一问题，本项目提出了一种基于MEMS加速度传感器的无创胎心检测技术，并研发了一种既易于使用又精度高的医疗辅助工具。这项技术结合了VTI公司SCA600C13H1G型MEMS加速度传感器，其电容检测原理简单且可靠，是通过两个平行板间距变化来测量的。这种设计保证了产品在温度和时间上的稳定性，减少了封装要求，并提供了对微粒或化学物质防护，以提高可靠性。

该MEMS加速度传感器采用三维微电子机械系统（3D-MEMS）技术制作，这是一种集成创新性的各种技术，可以将硅加工成复杂结构，使得封装与接触点便于安装并优化性能。此类传感器具有极高精度、小尺寸、高效能特点，只需一小片硅即可制造，从而能够同时测量三个互相垂直方向上的加速度。

本系统工作原理涉及图1所示信号处理流程，其中包括前置放大、信号处理、中间信号处理、二级放大与增益调节，以及A/D转换与光电隔离部分。前置放大电路主要考虑噪声影响，同时设计了一款针对性强、性能优越、稳定可靠的胎儿心率信号处理电路，以去除干扰并提取有效信息。带通选频电路采用状态变量滤波器，二级放大及增益调节部分使用运放负反馈结构以实现模块化、高效能操作。此外，还有50Hz工频陷波器用于进一步抑制干扰。

A/D转换后得到的是数字信号，然后送入8051单片机进行分析与计算胎儿心率值。在此过程中，我们设计自适应滤波算法以更好地提取我们需要的心律数据。此外，由于安全需求，我们还加入了光隔离模块以防止模拟与数字之间可能产生的问题。

MCU（Microcontroller Unit）是AT89C2051芯片，该芯片支持12MHz时钟操作，有128字节RAM16条I/O口线2个16位定时/计数器5个输入嵌套中断结构以及串行I/O口供通信扩展或全双工UART使用。由于静态设计，可提供宽广操作频段范围（可以降至0Hz），实现空闲模式或掉电模式，以达到节能目的。而液晶显示屏YLF12232F内置汉字库，便于完成图形显示任务。

最终，本项工程开发出一种基于新型MEMS加速度传感器的一款便携式胎儿心率监测仪，它不仅解决了解决现有手动听诊技巧之不足，更具备远程监控功能，将目前常规监护设备与电话通讯相结合，为孕产母子健康提供更加全面保障。这项技术对于提升孕期随访质量具有重要意义，对保护母婴生命安全起到关键作用。