便携式移动心电监护系统由心电监护仪.docx

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1、心电图(ECG)是心脏疾病诊断的重要手段.常规心电图是病人在加卧状况下田医院的心电图仪记录的短时间心电活动,由于心脏病发作带有很大的偶然性和突发性，所以在非发作期做常规心电图检查茯褥疾病信息的几率很低.因此,将心电监妒从病床边、医院内扩展到家中.实现实时远程监护具有曲要的现实意义。互联网尤其是无线网络的快速普与促使嵌入式技术应用的条件日趋成孤，此外，心电监护对心脏病诊断的重要性也使得远程监护也具有现实的可能性。本文主要探讨并设计了套好用的便携式移动心电监护系统。通过该系统可以随时随地将患者的心电信号通过GPRS网络无线发送到设在医院的PC机上，或者将心电数据先存储在本系统中，然后再通过USB实

2、现高速回放。系统的总体设计本文所设计的便携式移动心电监护系统由心电监护仪、通信网络和监护中心三部分组成(如图1所示)。其工作过程如下：心电监护仪由患者随身携带，通过粘贴式电极可随时采集用户的心电数据，并进行放大、滤波、A/D转换，然后存储到串行闪存中。当存储肯定时间的心电数据后，可以通过GPRS无线上网，利用无线网络将数据传送给位于监护中心的匕位机。也可通过USB干脆连接到上位机，进行本地高速回放。本文将重点介绍心电监护仪的设计。由于是便携式设备，所以设计时必需考虑尽量降低功耗、体积和成本。经过反豆地分析比较，最终确定采纳Z-Wor1.d公司的工业级限制芯片Rabbit3000微处理器作为心电

3、监护仪的主芯片。尽管Rabbit3000是8位微处理器，但其内存空间可达1M,主频可达22M。它具有丰富的接口资源，共有40条并行I/O线(与串行口共用)。此外，该器件的功耗特别低，处理器时钟可由32768KHz振荡器驱动，并将主振荡器断电。此时电流约为100HA,而处理器仍能保持每秒10,000条指令的执行速度，系端硬件设计在进行总体硬件设计时，以Rabbit3000高性能微处理器为核心，利用外部接口扩展T512K的并行F1.ash和512K的SRAM,存6U空间达到1M,并扩展了USB接口。利用串行接口扩展了串行FIaSh、A/D转换和无线模块MC35o以下重点介绍无线模块和USB模块的硬

4、件设计。1 .无线模块MC35硬件设计无线模块负责完成心电数据的无线传送。为实现此功能，本系统采纳了西门子公司的MC35模块。这是西门子公司首款支持GPRS的GSM/GPRS模块，体积小巧，易于集成到便携式终端中。通过串行口连接，运用AT吩时对该模块进行限制和数据传送。西门子公司的MC35模块具有一个40脚的零插入力连接器，该连接器中供应了串行接口、音频接口、SIM接口、状态引脚、电源接口等接口，通过这些接口与SIM卡座、天线以与主限制器相连。MC35的串行接口TXDO和RXDO与Rabbit3000的串口B,即引脚TXB和RXB(PC4和PC5)相连，以实现与MC35之间的通信。MC35的I

5、GT引脚为其启动引脚，须要开漏极阴动器骐动。而Rabbit3000的端口E具有很强的共动实力，因此选用PE5作为MC35的启动限制线。在MC35的电源接口中有电源输入引脚、电源输出引脚和充电引脚，共:中充电引脚可用来给电池充电。本系统采纳电池供电或外部充电。如图2所示。设计时需留意的两点是：本系统运用电池供电，由于MC35在上行传输需供应2A的峰值电流，这会引起电压突然下降，因此设计电路时要加足够大的电容，以防电压突然卜降；在SIM卡电路设计时，须要留意电徽兼容性的问题，否则会影响MC35的通信效果，甚至导致MC35无法正常工作。2 .USB模块硬件设计USB模块负责完成心电数据的本地高速回放

6、,它供应了另一种数据传输手段。通常的串口RS-232只是利用一条线进行数据传输，而USB传输是利用D+和D-线上的第分信号，与主机进行数据的传输，充分保证了数据传输的军竟性。本系统采纳恩智浦公司的PDIUSBD12实现USB传输。PD1.USBD12似卜简称D12）是恩智浦公司的一款性价比很高的USB芯片，完全符合USB1.1.版的规范。是在USB1.1.协议设备端运用最多的芯片之一，是一种纯粹的USB接口芯片，须要外部微处理器限制。本系统利用Rabbit3000微处理器限制USB芯片D12来完成USB传输,此时D12就是单片机的个外设。D12与Rabbit3000之间的数据传输是通过8位数据

7、线来实现的，即D12的并口数据线D0-D7与Rabbit3000的数据线D0-D7干脆相连。D12的INT-N引脚与Rabbit3000复用引脚INTOA相连，作为Rabbit3000的外部中断输入。当D12须要进行操作时，就利用INT_N引脚发出一个中断恳求，Rabbit3000马上响应中断，对其进行操作。D12的RD_N和WR_N分别与Rabbit3000的IORD和IoWR相连，以限制数据传输的方向。D12的RESET-N与Rabbit3000的复用引脚PE4相连，Rabbit3000可以利用这个引脚向D12发出一个低电平,RESET_N被置为低电平后，D12便自动复位了。D12的CS_

8、N与Rabbit3000的复用引脚PE7相连，可以通过这个引脚来限制片选。如图3所示。D12有两种数据总线方式：多路地址/数据总线方式和单地址数据总线方式。本系统采纳单地址数据总线方式，将D12的A1.E接地，AO与Rabbit3000的地址总线AO相连，在片选信号有效的前提卜（即PE7=0）,当AO=I时，CPU给D12发吩咐；当Ao=O时，CPU向D12写数据或从D12读数据C因此，地址OXEOO1.为发送吩咐地址，地址OXEOOo为读写数据地址。系统软件设计软件设计借鉴了软件工程的设计思想。采纳了分层和模块化的设计思路，为代码的组织、维护和升级都供应了便利。而且，即使以后更换硬件系统平台

9、，也能够保证大部分代码可重用。软件总体结构如图4所示。下面重点介绍无线模块和USB模块的软件设计C1 .无软件皿无线模块MC35与Rabbit3000的串口B相连，并通过串口向MC35发送AT指令，进行拨号、设置等操作。MC35与网关的通信协议为PPP协议(Point-t。-POintProtoco1.),PPP协议是一种基于TCP/IP协议栈的数据链路层协议，是为在两个对等实体间传输数据包，建立简洁连接而设计的，主要用于广域网的连接，但在时域网的拨号连接中同样可以采纳。MC35本身不支持PPP协议，要通过MC35拨号上网必需编写程序实现PPP协议，同时还要实现TCP/IP协议。开机后首先初始

10、化MC35模块，这里要留意的是初始化MC35模块时，须要给IGT引脚一个低电平，并保持120140ms,才能完成初始化操作。然后启动MC35并登陆移动梦网网关，建立与服务供应商的连接。登陆胜利后，MC35具有两种工作状态：数据传输状态和空闲状态。MC35在空闲状态下的电流般为15mA,而且在空闲状态下，MC35还支持多种休眠模式。为降低功耗，本系统启用rMC35的休眠功能，设置为休眠模式7。在该休眠模式下，电流可以降到3mA左右。2 .USB模块软件设计USB接口对于运用者来说特别简洁便利，但从开发者角度来看，最大的缺点就是协议的困难性增加了，因此也就导致了USB设计的困难性。USB软件设计包

11、括三个方面：固件（firmware股计、曲动程序设计和主机端应用程序的设计。a.固件设计固件是固化在单片机中的程序代码，可采纳汇编语言或C语言设计。它运行在微处理器上，用来响应主机的恳求。即它与USB限制器一起完成枚举过程和主机通信CUSB协议规定任何传输过程都是由主机端发起并限制的，在枚举过程中，主机通过USB限制器的端点O的默认管道建立限制传输过程，D12响应主机的要求，主耍是发送特定的描述符（如设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符、字符串描述符和厂商描述符）给主机。主机从获得的描述符来广解该设备的配置和实力，并完成对USB设备的配置.枚举过程结束后，主机就可以与D12进行数据传

12、输了。本系统的固件编程采纳标准C语言来编写，设计固件程序时须要留意的是：D12的中断输出为电平触发，Rabbit3000的中断为上升沿或下降沿触发。在设计程序时，运用卜降沿加延时，可使低电平保持一段时间，从而达到同样的效果。b.驱动程设计在Windows系统下，与USB外设的任何通信都必需通过设备驱动，设备驱动使应用程序访问硬件设备成为可能.USB驱动程序的编写与硬件相关，属于核心模式。微软的DDK在这方面供应了较为具体的说明。c.应用程序的设计本系统采纳VB编写上位机应用程序。它主要负责实现利用USB接口从心电监护仪中读取心电数据，并把心电数据保存到数据库中，同时在PC机屏幕上绘制心电波形。

13、本文小结本文所研制的便携式移动心电监护仪，能够在计算机屏幕上精确地描绘出心电波形，经中国医科高校附属二院的医生认定，可作为临床诊断依据；本系统好用性强，且体积小、经济便利。患者可随时随地对心脏进行实时监护，而不受时间和空间限制；本系统所具有的无线传输功能，可以实时地把心电数据传送给医院供医生诊断，极大地提高r急救效率。SIEMENSMC35一、产品说明：MC35址西门子公司的第一款GPRS模块，MC35GPRS模块集成到笔记本、掌上电脑、微型电话与其他设备中，将会得到更快的阅读速度。他的优势在于：永久在线连接、快速数据存储和更快的数据卜一载速度。该GPRS模块接收速率可以达到86.20kbps

14、,发送速率可以达到21.5kbps当然最大的数据吞吐地还依里于GPRS网络的支持。 像TC35一样MC35也支持GSM900和GSM1800双频网络CMC35包括了TC35的全部功能，另外还具备快速GPRS技术，这将使MC35代替TC35变得更简洁。二、产品特征： 克持EGSM900和GSM1.800双频； 支持GRPSC1.ass8/C1.assB; 支持GSMPhaSe2/2+; 输出功率：EGSM90。时，2W/GSM1800时，1W; 输入电压：3.34.8V; 功耗：休眠状态，3.0mA;空闲状态，10.0mA;放射状态，30OmA（平均），2.0A（峰值）; 限制：AT指令干脆限制； 重量：16g; 体积：54.536X6.65mm; 环境温度：-25C/+550C; 数据速率：CSD状态下最大速率144kbps,GPRS状态下行最大速率85.6kbps; 接口：40pin,包括电源、3VSIM卡、RS232接口、语音、限制等管脚/50C天线接口。