基于C8051F021的遠程診斷與急救支援系統(tǒng)方案設(shè)計
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表1 高速串行通信數(shù)據(jù)幀16位數(shù)據(jù)定義 本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/171345.htm
| D15～D12 | D11～D0 |
| 0 0 0 0 | 實時壓力0～300 |
| 0 0 0 1 | 收縮壓60～280 |
| 0 0 1 0 | 舒張壓40～200 |
| 0 0 1 1 | 心率40～200 |
| 0 1 0 1 | 自檢信號 |
| 1 1 1 0 | 測量出錯 |
1.2.4 血氧模塊
血氧模塊通過RS232串行接口傳輸測量結(jié)果，本系統(tǒng)選用C8051F021的UARTl與血氧模塊進行數(shù)據(jù)交換，而將UART0分配給無線收發(fā)模塊。
首先，主微控制器C8051F021通過設(shè)置優(yōu)先交叉開關(guān)譯碼器XBR0、XBRl和XBR2的值完成數(shù)字資源的動態(tài)分配。優(yōu)先權(quán)交叉開關(guān)譯碼器可以按優(yōu)先權(quán)順序?qū)0～P3口的引腳分配給器件上的數(shù)字外設(shè)(UART、SM-Bus、ICA、定時器等)。
其次，要實現(xiàn)C8051F021與血氧模塊的通信，需完成以下寄存器的配置：(1)初始化交叉開關(guān)配置寄存器XBR2，初始值為0x44；分別使能交叉開關(guān)和UARTl；(2)初始化端口0輸出方式寄存器P0MDOUT，初始值為0x05；將P0.2和P0.3分別分配給TXl和RXl；(3)完成UARTl工作模式和波特率的設(shè)置。
血氧模塊的串口工作在模式1、波特率為9600bps，采用定時器2完成UABTl對應波特率的設(shè)置。
1.2.5 生理參數(shù)的傳輸
為了方便患者攜帶和醫(yī)生使用，選用無線收發(fā)芯片nRF401完成生理參數(shù)的無線傳輸。單片收發(fā)芯片nRF401片內(nèi)集成了高頻發(fā)射、高頻接收、PLL合成、FSK調(diào)制、FSK解調(diào)以及多頻道切換等功能模塊。它工作在ISM國際公用頻段，最大能以20kbps的速度進行無線數(shù)據(jù)傳輸[5]。微控制器只需對nRF401進行簡單的控制就可以通過串口完成數(shù)據(jù)的收發(fā)，nRF401與C8051F021構(gòu)成的無線通信系統(tǒng)如圖4所示。
C8051F021的UART0的設(shè)置與UARTl的設(shè)置相似，首先初始化交叉開關(guān)寄存器XBR0=0x04、XBR2=0x40；分別使能UART0和交叉開關(guān)；再初始化特殊功能寄存器P0MDOUT=0x01；將P0.0和P0.1分別分配給TXl和RX1；因為UART0有最高優(yōu)先權(quán)，當UART0EN設(shè)置為1時，P0.0和P0.1總是分配給TXl和BXl；最后完成UART0工作模式和波特率的設(shè)置。
為了將采集到的生理參數(shù)發(fā)送給接收系統(tǒng)，在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，芯片首先上電工作(即PWR_UP=1)，然后選擇數(shù)據(jù)傳輸通道。nRF401有兩個傳輸通道可供選擇：通道l(433.92MHz)和通道2(434.33MHz)。將TXEN引腳置為高電平(發(fā)送模式)，nRF401就能通過微控制器的串口發(fā)送數(shù)據(jù)。
2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計
系統(tǒng)軟件主要完成以C8051F021為核心的生理參數(shù)的采集和無線發(fā)送。由于要處理多個不同的模塊，在實現(xiàn)過程中采用了巡回檢測的方法。在數(shù)據(jù)傳送過程中，設(shè)置了一個生理信息包協(xié)議，在采集系統(tǒng)和無線發(fā)送模塊之間，定義通信協(xié)議包如表2所示。串口對連續(xù)接收的2個字節(jié)的數(shù)據(jù)依據(jù)協(xié)議規(guī)則重新裝配。由于生理數(shù)據(jù)(心電、血壓、體溫等)一般不超過12位，采集系統(tǒng)將它們分別拆為低7位和高5位進行傳輸。其中，高位的第一位為高位數(shù)據(jù)標識，設(shè)為0；低8位的第一位為低位數(shù)據(jù)標識，設(shè)為1。
表2 串口通信協(xié)議包
| 1bit | 2bit | 5bit | 1bit | 7bit | |||||||||||
| B7 | B6 | B5 | B4 | B3 | B2 | B1 | B0 | B7 | B6 | B5 | B4 | B3 | B2 | B1 | B0 |
| 0 | type | data | 1 | data | |||||||||||
表3 各參數(shù)的具體識別方式
| B6 B5 B4 B3 | |
| 0 0 | 心電參數(shù)（12位） |
| 1 0 0 0 | 血壓參數(shù)（收縮壓） |
| 1 0 0 1 | 血壓參數(shù)（舒張壓） |
| 1 0 1 0 | 心率 |
| 1 0 1 1 | 體溫 |
| 1 1 0 0 | 血樣飽和度 |
為了識別不同的生理參數(shù)，對不同生理信號設(shè)置不同的信號標識進行相應的幀編碼。對心電數(shù)據(jù)采用高8位的B6B5識別，其它的各類數(shù)據(jù)采用高8位的B6B5B4B3識別，各參數(shù)的具體識別方式如表3所示。編碼后的數(shù)據(jù)經(jīng)微控制器的UART0與nRF401實現(xiàn)無線發(fā)送。微控制器的UART0設(shè)置為工作模式1，波特率為9600bps。
系統(tǒng)軟件采用模塊化編程方法，根據(jù)功能將該系統(tǒng)程序分為六個基本模塊：系統(tǒng)初始化模塊(包括C8051F021微控制器I／O口設(shè)置、寄存器及變量的定義)、體溫模塊、心電模塊、血壓模塊、血氧模塊和無線傳輸模塊。系統(tǒng)軟件的流程如圖5所示。
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