便攜式心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與解決方案

　　心電圖(ECG)是心臟疾病診斷的重要手段。常規(guī)心電圖是病人在靜臥情況下由醫(yī)院的心電圖儀記錄的短時(shí)間心電活動(dòng)，由于心臟病發(fā)作帶有很大的偶然性和突發(fā)性，所以在非發(fā)作期做常規(guī)心電圖檢查獲取疾病信息的幾率很低。因此，將心電監(jiān)護(hù)從病床邊、醫(yī)院內(nèi)擴(kuò)展到家中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　互聯(lián)網(wǎng)尤其是無線網(wǎng)絡(luò)的迅速普及促使嵌入式技術(shù)應(yīng)用的條件日趨成熟，此外，心電監(jiān)護(hù)對心臟病診斷的重要性也使得遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)也具有現(xiàn)實(shí)的可能性。

　　本文主要研究并設(shè)計(jì)了一套實(shí)用的便攜式移動(dòng)心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)可以隨時(shí)隨地將患者的心電信號(hào)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)無線發(fā)送到設(shè)在醫(yī)院的PC機(jī)上，或者將心電數(shù)據(jù)先存儲(chǔ)在本系統(tǒng)中，然后再通過USB實(shí)現(xiàn)高速回放。

　　一、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

　　本文所設(shè)計(jì)的便攜式移動(dòng)心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)由心電監(jiān)護(hù)儀、通信網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)護(hù)中心三部分組成(如圖1所示)。其工作過程如下：

　　圖1：便攜式心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)總體框圖。

　　心電監(jiān)護(hù)儀由患者隨身攜帶，通過粘貼式電極可隨時(shí)采集用戶的心電數(shù)據(jù)，并進(jìn)行放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換，然后存儲(chǔ)到串行閃存中。當(dāng)存儲(chǔ)一定時(shí)間的心電數(shù)據(jù)后，可以通過GPRS無線上網(wǎng)，利用無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送給位于監(jiān)護(hù)中心的上位機(jī)。也可通過USB直接連接到上位機(jī)，進(jìn)行本地高速回放。

　　本文將重點(diǎn)介紹心電監(jiān)護(hù)儀的設(shè)計(jì)。由于是便攜式設(shè)備，所以設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮盡量降低功耗、體積和成本。經(jīng)過反復(fù)地分析比較，最終決定采用Z-World公司的工業(yè)級(jí)控制芯片Rabbit3000微處理器作為心電監(jiān)護(hù)儀的主芯片。

　　盡管Rabbit3000是8位微處理器，但其內(nèi)存空間可達(dá)1M，主頻可達(dá)22M。它具有豐富的接口資源，共有40條并行I/O口線(與串行口共用)。此外，該器件的功耗非常低，處理器時(shí)鐘可由32.768KHz振蕩器驅(qū)動(dòng)，并將主振蕩器斷電。此時(shí)電流約為100μA，而處理器仍能保持每秒10,000條指令的執(zhí)行速度。

　　二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　在進(jìn)行總體硬件設(shè)計(jì)時(shí)，以Rabbit3000高性能微處理器為核心，利用外部接口擴(kuò)展了512K的并行Flash和512K的SRAM，存儲(chǔ)空間達(dá)到 1M，并擴(kuò)展了USB接口。利用串行接口擴(kuò)展了串行Flash、A/D轉(zhuǎn)換和無線模塊MC35。以下重點(diǎn)介紹無線模塊和USB模塊的硬件設(shè)計(jì)。

　　1. 無線模塊MC35硬件設(shè)計(jì)

　　無線模塊負(fù)責(zé)完成心電數(shù)據(jù)的無線傳送。為實(shí)現(xiàn)此功能，本系統(tǒng)采用了西門子公司的MC35模塊。這是西門子公司首款支持GPRS的GSM/GPRS模塊，體積小巧，易于集成到便攜式終端中。通過串行口連接，使用AT命令對該模塊進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)傳送。

　　西門子公司的MC35模塊具有一個(gè)40腳的零插入力連接器，該連接器中提供了串行接口、音頻接口、SIM接口、狀態(tài)引腳、電源接口等接口，通過這些接口與 SIM卡座、天線以及主控制器相連。MC35的串行接口TXD0和RXD0與Rabbit3000的串口B，即引腳TXB和RXB(PC4和PC5)相連，以實(shí)現(xiàn)與MC35之間的通信。MC35的IGT引腳為其啟動(dòng)引腳，需要開漏極驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。而Rabbit3000的端口E具有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，因此選用PE5作為MC35的啟動(dòng)控制線。在MC35的電源接口中有電源輸入引腳、電源輸出引腳和充電引腳，其中充電引腳可用來給電池充電。本系統(tǒng)采用電池供電或外部充電。如圖2所示。

　　設(shè)計(jì)時(shí)需注意的兩點(diǎn)是：本系統(tǒng)使用電池供電，由于MC35在上行傳輸需提供2A的峰值電流，這會(huì)引起電壓突然下降，因此設(shè)計(jì)電路時(shí)要加足夠大的電容，以防電壓突然下降;在SIM卡電路設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意電磁兼容性的問題，否則會(huì)影響MC35的通信效果，甚至導(dǎo)致MC35無法正常工作。

圖2：MC35模塊硬件連接圖。