论文研究-一种基于无线片上系统技术的心电监护系统的设计与开发 .pdf

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一种基于无线片上系统技术的心电监护系统的设计与开发,刘自立,许剑,为了更好的预防心血管疾病的突发,提高全体人民的生活质量,本文给出了一种基于无线片上系统技术的心电监护系统的设计方案。在该
山国酗技论文在线 SP总线 心电信号 放大电路 单片机总线无线 专感暑 片上 ADCO 系统 ADCI 电源模块 图心电信号采集器结构图 图心电信号采集器实物图 放大电路的设计 心电信号采集器要求在心电信号频率范围内不失真地放大所采集的微弱心电信号,这要 求所采用的放大器必须具有低噪声、低漂移、低失调参数、高共模抑制比、扃输入阻抗和非 线性度小等特点,且其增益可设计得比较小。为此可选用 仪表放大器作为系统的 前置放大器。经前置放大电路(如图所示)放大后的信号再由后继放大电路(如图所示) 进一步放大及滤波。由于模拟放大电硌无干扰尖真,可舍弃数字滤波,降低了对 和 容量的要求。若有更高的精度要求,则进一步软件滤波。 11 LMC6464 图前置放大电路图 图后继放大电路图 主控芯片的选型 我们采用了 。它是德州仪器()只有极高性能价格比的位 只 有超低功耗、存储容量大、高性能、集成度高、在线支持强的特点。 属于 种中低端的单片机,运用非常灵活。它具有 位定时 捕获奇存器 ,位位位捕获奇存器 两个串行通讯冂 以及 位基本定时器 位通道 考虑到它的这些特性,它与无 线片上系统的配合工作是非常合适的。 无线片上系统的选型 我们从价格、技术、无线心电信号的传输要求以及其他方面综合考虑决定采用 它是挪威 公司推出的无线片上系统,可工作与 三个频道, 频道之间的转换时间小于。它使用接口,或者模拟的方式与或直 接相连,配置非常方便,所需的元器件极少,使用起来很容易上于。它的工作电压为 采用引脚封装。 由频率合成尜、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和 山国技论文在线 调訇器组成,不需外加声表滤波器,具有 工作模式,能自动处理字头和 与单片机的接口部分主要是将使用中必须要用到的 等三个模式控制接口、 等四个接口和等三个状态接口引出,总共三组十个,如图所示。 nRF905 SPI Ps. LSEMOU P3.Sob MSP430 MFWR UP P4. I 接口图 在我们的设计中 每定时时间到后采样一次数据,即采样频率为 ,两路数据共 ,因而的数据量为 个包传输 电数据,故传输的无线数据包为 设定的包的总长为 每个节点秒钟集中发次数据,则·秒内的数据率为 ,远小于 的最大数据率 这说明选用 为无线片上系统的基站至少可以支持多个心电 信号采集器同时工作。 基站的硬件设计 基站部分的设计基于一个嵌入式开发的硬件平台,包括嵌入式处理器、协处理器、外围 的控制电路、存储器(包括只读,可读写)以及外围扩展的设备。在选择各种硬件芯片时要 考虑到功能、功耗、体积、成木、可靠性、电镃兼容和使用坯境温度问题等等。 我们在本心电监护系统基站采用的嵌入式处理器,是 公司用于高端手持设 各、徼型智能控制设各和集成 内核的处理器 内部集 成了微处理器和一些手持设备的常用外围组件,特别适用于手持产品 微处理器是 个具备多用途的通用芯片,它内部集成了微处理器和常用外围组件,可用于各种领域,是 应用于于持设备的低成本实现,同时为设计者提供了更高性价比。 基站由核心板,底板与的液晶显示屏组成。如图所示,核心板通过金手指 插槽与底板相连。核心板由 组成;底板上有卡,网卡控制 串口等必须的接口组成;底板上还有一块公司的 的 处丑器作为协处理器。 山国酗技论文在线 板 变压器 F4 Fash SDRAA Ts320 aRGos C550 SDEAM TF昱示屏 图基站硬件结构图 采集器与基站通信的软件设计 的开发软件比较多,其中使用最为广泛的是公司的集成开发环境 采用创建项目()的方式来进行软 件的开发和管理,所包含的实用工具有:具有语法突出显示的文本编辑器、编译器、汇编器 连接器、函数管理器、 工具和调试器 使用起来十分方便。 处理好釆集器与基站通信的关键在于建立好无线通信的协议。无线通信协议栈可以分为 物理层、数据链路层和应用层共三层。第一层为物理层,由 实现;第二层为数据链 路层,其数据包格式如衣所示,它由 将上层的数据重新分拆,加上 数据包头,地址和校验后发送出去,这一层是无线通信协议栈中极为重要的一层,它 可以根据信息的要求,可靠的将数据从一段发送到另一端 表数据链路层数据包格式 前同步信号地址 数据 根据实际的使用情况,我们自己开发出应用层的通信协议,其数据包格式如表所示: 表应用层数据包格式 前同步信号类型数据。序列号保留位 确定好办议编写的程序流程如图所小,整个程序由一套主流程和五个中断服务程序组 成。采集器上电之后执行一系列的初始化程序,所有初始化完成之后进入低功耗状态 等待各类中断 山国酗技论文在线 采集上电 初始化MS43·( MCU Init() 定时器A屮斷 次)中 树始化 oc InitO 初姑化控字 ADC中断 初始化Fash 初始化sP〔 sPI Init SPT岩送中断 配置nRF90.(Comg905() sPI接收中断 发送控字〔 Sendcan( 进入新 未 被唤醒中 P2口中断 准备好中 状态字? 发送准 好 发送段歌据〔8gSs()+ 图心电信号采集器主稈序流稈图 基站与远程监护中心的通信设计 远程监护中心用于对一个或数个医院或校区的病人的医疗监护设备等进行集中监控。远 稈监护中心通过建立于控制中心和冬终端无线网路的基站(网关)之间的 传输网络, 实现对医疗系统的监搾。为保证系统正常稳定的工作,建立可靠的连接来保讦数据的正确传 输,在本系统中均采用协议。 我们的基站栘植了操作系统,其携带有的 协议栈实现了一个类似 套接字的,并对这个 协议栈编写了相应的,提供了足够的支持。在 此之上我们可以轻松得丌发出用数据通信的程序。但是这是不够的,还需要通过制 定一套应用层的协议实现基站与远程监扩中心准确的数据通佁。主要包括初始化协议(过程 如图所示)与数据传输协议(过程如图所示) Connect Carnet Accept Register Register 程 基站 s Command 远程 基站 Initiate 监护 鹽护 中心 s Data 中 Init ok Disconnect Discone 图初始化协议示意图 图数据传输协议示意图 山国酗技论文在线 软件的廾发采用的是公司的 的集成发坏境为 包含工程管理器,代码生成接凵,语法编辑器,源文件和类浏览器 等。调试采用的是扩展调试器配合仿真器进行调试。 二电花材好化 发送注册包 无线接受中断 N+ 接受蜘据到绥冲玄 Y+ 行始化的 欺女据 报警 欺据← 接受数 据 BUFFERJ 款据类升 报警“数据 退出中断 启动报警中 数据组包 发送信号 发送信号 清标太立 发这 BUFFER 中的据 图基站主程序流程图 应用程序编写,分为主程序和无线中断服务程序两个部分。根据制定的应用层协议,在 接收器川机连上监护中心后,即发送个注册数据包。收到监护中心发的个数据包,如为 初始化配置包则完成等配置,若为止常的时吋间包,则开始止常作。启动无线数据接收 后,判断接收到数据类型,若为正常的心电监护数据,则开始数据组包,并启动发送。并循 环发送。若为报警包,则向监护中心发送报警信息。具体流程如图所示。 远程监护中心设计 该监护中心只用一台高性能的即可完成功能,通常情况下可与个基站相连,利 用监护中心强大的储存能力,储存监护的数据与其它监护处理软件相结合,进行下一步的处 理。网络程序廾发使用 控件,这样可以大大简化监护中心的网络程序廾发,与基 站协议栈提供的 函数可以方便地建立网络 ,实现网络通信。图为远程 监护中心管理平台软件的主界面。该平台选用 )并配合 编写设计 山国酗技论文在线 已学 护 所在社区 25 0550 人阳。与 决甚注 处红题 图远稈监护中心管理平台软什主界面图 结论 本文提出了一套基于无线片上系统技术的心电监护系统的实现方案,针对无线片上系统 技术的特点对心电采集器和基站进行了硬件设计,讨论了其通信方案和程序流程,接下来对 基站与远程监护中心的通信进行了开发。该心电监护系统具备操作简单,便于携带,成本较 低等优点,适用于家庭、社区和医院的心电监控,具有较好的应用前景。 参考文献 闰强何大卫远程医疗的发展及应用生物医学工程 郭兵沈艳谢俊王勇熊光泽基于的家庭网关平台研究与没计计算机工程 李罗社区远程医疗监护系统终端的设计与开发杭州浙江大学 朱义君常力 的主要特点及在短距离无线通信中的应用前景电子技术应用 沈建华杨艳琴翟骁曙 系列位超低功耗单片机原理与应用北京清华大学出版 社 详解卷协议北京机械工业出版社 詹进光尤线医疗监护系统管理中心的软件设计杭州浙江大学 山国酗技论文在线

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