心电图(ECG)是心脏疾病诊断的重要手段。常规心电图是病人在静卧情况下由医院的心电图
仪记录的短时间心电活动,由于心脏病发作带有很大的偶然性和突发性,所以在非发作期做 常规
心电图检查获取疾病信息的几率很低。因此,将心电监护从病床边、医院内扩展到家中, 实现实
时远程监护具有重要的现实意义。
互联网尤其是无线网络的迅速普及促使嵌入式技术应用的条件日趋成熟,此外,心电监护对 心脏
病诊断的重要性也使得远程监护也具有现实的可能性。
本文主要研究并设计了一套实用的便携式移动心电监护系统。通过该系统可以随时随地将患 者的
心电信号通过 GPRS 网络无线发送到设在医院的 PC 机上,或者将心电数据先存储在 本系统
中,然后再通过 USB 实现高速回放。
系统的总体设计
本文所设计的便携式移动心电监护系统由心电监护仪、通信网络和监护中心三部分组成(如 图
1 所示 ) 。其工作过程如下:
心电监护仪由患者随身携带,通过粘贴式电极可随时采集用户的心电数据,并进行放大、滤 波、
A/D 转换,然后存储到串行闪存中。当存储一定时间的心电数据后,可以通过 GPRS 无线上
网,利用无线网络将数据传送给位于监护中心的上位机。也可通过 USB 直接连接到 上位机,进
行本地高速回放。
本文将重点介绍心电监护仪的设计。由于是便携式设备,所以设计时必须考虑尽量降低功耗、 体
积和成本。经过反复地分析比较,最终决定采用 Z-World 公司的工业级控制芯片 Rabbit 3000 微
处理器作为心电监护仪的主芯片。
尽管 Rabbit3000 是 8 位微处理器,但其内存空间可达 1M,主频可达 22M。它具有丰富的 接口
资源,共有 40 条并行 I/O 口线(与串行口共用)。此外,该器件的功耗非常低,处理器 时钟可
由 32.768KHz 振荡器驱动,并将主振荡器断电。此时电流约为 100μA,而处理器仍 能保持每
秒 10,000 条指令的执行速度。
系统硬件设计
在进行总体硬件设计时,以 Rabbit3000 高性能微处理器为核心,利用外部接口扩展了 512 K 的
并行 Flash 和 512K 的 SRAM ,存储空间达到 1M,并扩展了 USB 接口。利用串行接口 扩展
了串行 Flash、A/D 转换和无线模块 MC35。以下重点介绍无线模块和 USB 模块的硬 件设计。
1. 无线模块 MC35 硬件设计
无线模块负责完成心电数据的无线传送。为实现此功能,本系统采用了西门子公司的 MC3
5 模块。这是西门子公司首款支持 GPRS 的 GSM/GPRS 模块,体积小巧,易于集成到便携 式
终端中。通过串行口连接,使用 AT 命令对该模块进行控制和数据传送。
西门子公司的 MC35 模块具有一个 40 脚的零插入力连接器,该连接器中提供了串行接口、 音频
接口、SIM 接口、状态引脚、电源接口等接口,通过这些接口与 SIM 卡座、天线以及 主控制器
相连。MC35 的串行接口 TXD0 和 RXD0 与 Rabbit3000 的串口 B,即引脚 TXB 和 RXB
(PC4 和 PC5)相连,以实现与 MC35 之间的通信。MC35 的 IGT 引脚为其启动引脚, 需要
开漏极驱动器驱动。而 Rabbit3000 的端口 E 具有很强的驱动能力,因此选用 PE5 作 为