一種基于GPRS的心電無線監(jiān)護儀
心臟病是威脅人類生命與健康的最大頑疾, 其具有突發(fā)性、難預測、死亡率高等特點,因此對 患者的心電信號進行實時監(jiān)測顯得尤為重要? 。 大部分患者需要能隨時提供心電監(jiān)護的儀器,并 且使其工作和生活不會受到影響。基于這種轉 變,無線心電監(jiān)護系統(tǒng)的研究在近年來引起了國 內外的高度重視。例如李享元 等人研制的基于 GPRS的遠程移動心電監(jiān)護系統(tǒng),Rune Fensli 等 人研制的無線便攜式心電監(jiān)護系統(tǒng),Salvador 等 人研制了一種對于出院患者進行心電跟蹤監(jiān)護的 系統(tǒng)。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/173631.htm由于大多數(shù)心電監(jiān)護儀成本較高,操作復雜,不 宜在家庭中普及,因此,作者研制一種能夠實時采 集、分析及報警的家庭心電監(jiān)護儀,患者可以通過佩 戴一個便攜式的儀器,對心電信號進行實時監(jiān)測、分 析,并對心率失常情況給予診斷及報警,當患者在規(guī) 定時間(10s左右)無法解除此報警時,表明患者確 實突發(fā)心臟病,監(jiān)護儀可以通過GPRS無線模塊以發(fā)送短消息的方式通知其家屬,并通過撥打電話進 行語音報警;此監(jiān)護儀還可作為緊急醫(yī)療救助報警, 即當患者感覺不適,可按下求助鍵,自動撥通求助電 話,為患者爭取寶貴的救治時間。系統(tǒng)操作簡便,非 常適合患者在家中使用。
1 系統(tǒng)硬件結構及原理
系統(tǒng)的硬件結構如圖1所示。
通過電極從人體上取得的心電信號,經過模 擬放大電路的放大、濾波處理之后進入MSP430單 片機,利用單片機內部的ADC12轉換模塊對模擬信號進行模數(shù)轉換,采樣頻率為200Hz,并且將采 集到的波形送到液晶顯示器上顯示。待波形穩(wěn)定 后,每隔3 s進行一次ECG檢波分析,得出實時心 率并顯示,從而判斷心率是否失常,如果產生心電 異常立即報警,當患者在一定時間內無法自己解 除報警時,啟動無線報警模塊以發(fā)送短消息的方 式通知其家屬,并通過撥打電話進行語音報警。
1.1 核心控制單片機
該系統(tǒng)的微控制器采用的是TI公司最近推出 的超低功耗16位單片機MSP430F44X,適合手持設 備的應用,主要特點包括:1.8~3.6V的低電壓工作 范圍;有五種節(jié)電模式,從等待模式喚醒的時間不超 過6 s;16位的精簡結構指令,高效的尋址方式,指 令時間周期僅為125as,大部分指令可在一個指令 周期內完成;器件片內有JTAG調試接口,無需仿真 器和編程器,方便設計者開發(fā)調試。其系統(tǒng)結構主 要包括:16位的CPU、程序存儲器(ROM)、數(shù)據存 儲器(RAM)、FLL+時鐘系統(tǒng)(片內DC0)、看門狗 定時器(watchDog)、ADC12(12位A/D)、比較器A [精確的模擬比較器,常用于斜邊(S10pe)A/D轉 換]、復位電壓控制/電源電壓管理、基本定時器 (Basic Timer1)、定時器(Timer―A和Timer.B)、LCD 控制器/比較器(多達160段)、硬件乘法器、6個I/ 0端口和2個串行口[5 3。系列中各種具體的型號稍 有差別。在本次設計中,選用MSP430F449作為系 統(tǒng)的控制器。
1.2 心電采集模塊
心電采集模塊主要包括心電信號的采集、放大 濾波及電平提升電路,如圖2所示。心電信號的采 集是通過電極從人體上取得心電信號,體表ECG一 般只有0.05―5mV,頻譜范圍在0.5~lOOHz,具有 微弱和易受干擾等特點。因此放大濾波電路采用高 輸入阻抗、高共模抑制比的差分放大電路進行前置 放大,可以抑制零點漂移,增大輸入阻抗,減少共模 信號干擾。帶通濾波電路主要由高通濾波器和低通 濾波器組成,通頻帶為1~100Hz,濾除心電頻率范圍以外的干擾信號。主放大器將ECG信號進一步 放大到合適范圍(1000倍左右)后,經過50Hz陷波 處理濾除工頻干擾,進行電平提升后送人核心控制 模塊MSP430F449。
1.3 液晶顯示及鍵盤接口電路
本系統(tǒng)的人機交互功能是通過液晶顯示器 (LCD)和鍵盤來實現(xiàn),通過功能按鍵來選擇菜單條 目,執(zhí)行對應的功能。鍵盤的設計可分為獨立按鍵 式鍵盤和矩陣式鍵盤。獨立式鍵盤使用按鍵與單片 機的I/O端口線直接連接,一般用于少量按鍵的情 況下,而矩陣式鍵盤適用于按鍵較多,I/O 口線相當 緊缺的場合。采用矩陣式鍵盤,如圖3所示,鍵盤使 用P1.1~P1.7共7根口線12個按鍵,鍵盤為3×4 格局,P1.1、P1.2、P1.3為行線,P1.4、P1.5、P1.6、 P1.7為列線。列線分別由上拉電阻上拉到VCC,在 行線與列線的每個交界處有一個按鍵,按鍵的兩端 分別接在行線和列線上。目前只用到4個按鍵,分 別為功能鍵、選擇鍵、取消鍵及確認鍵,其余為今后 功能擴展所預留。
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