基于C8051F021的遠(yuǎn)程診斷與急救支援系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1.2.4 血氧模塊

血氧模塊通過(guò)RS232串行接口傳輸測(cè)量結(jié)果，本系統(tǒng)選用C8051F021的UARTl與血氧模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，而將UART0分配給無(wú)線收發(fā)模塊。

首先，主微控制器C8051F021通過(guò)設(shè)置優(yōu)先交叉開(kāi)關(guān)譯碼器XBR0、XBRl和XBR2的值完成數(shù)字資源的動(dòng)態(tài)分配。優(yōu)先權(quán)交叉開(kāi)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(shí)器等)。

其次，要實(shí)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(kāi)關(guān)配置寄存器XBR2，初始值為0x44；分別使能交叉開(kāi)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(shí)器2完成UABTl對(duì)應(yīng)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(wú)線收發(fā)芯片nRF401完成生理參數(shù)的無(wú)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(guó)際公用頻段，最大能以20kbps的速度進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸[5]。微控制器只需對(duì)nRF401進(jìn)行簡(jiǎn)單的控制就可以通過(guò)串口完成數(shù)據(jù)的收發(fā)，nRF401與C8051F021構(gòu)成的無(wú)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(kāi)關(guān)寄存器XBR0=0x04、XBR2=0x40；分別使能UART0和交叉開(kāi)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?yàn)閁ART0有最高優(yōu)先權(quán)，當(dāng)UART0EN設(shè)置為1時(shí)，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(gè)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(guò)微控制器的串口發(fā)送數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

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(wú)線發(fā)送。由于要處理多個(gè)不同的模塊，在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中采用了巡回檢測(cè)的方法。在數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中，設(shè)置了一個(gè)生理信息包協(xié)議，在采集系統(tǒng)和無(wú)線發(fā)送模塊之間，定義通信協(xié)議包如表2所示。串口對(duì)連續(xù)接收的2個(gè)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(guò)12位，采集系統(tǒng)將它們分別拆為低7位和高5位進(jìn)行傳輸。其中，高位的第一位為高位數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)，設(shè)為0；低8位的第一位為低位數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)，設(shè)為1。

表2 串口通信協(xié)議包

表3 各參數(shù)的具體識(shí)別方式

為了識(shí)別不同的生理參數(shù)，對(duì)不同生理信號(hào)設(shè)置不同的信號(hào)標(biāo)識(shí)進(jìn)行相應(yīng)的幀編碼。對(duì)心電數(shù)據(jù)采用高8位的B6B5識(shí)別，其它的各類數(shù)據(jù)采用高8位的B6B5B4B3識(shí)別，各參數(shù)的具體識(shí)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(shí)現(xiàn)無(wú)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(gè)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(wú)線傳輸模塊。系統(tǒng)軟件的流程如圖5所示。