基于GPRS的多參數(shù)移動監(jiān)護(hù)儀的設(shè)計與實現(xiàn)

摘要:采用GPRS技術(shù)，W78E58B微處理器作為控制核心，研制一種便攜式多參數(shù)移動監(jiān)護(hù)儀，可以實時測量心電、心率、血壓、體溫以及血氧飽和度，具有數(shù)據(jù)分析、異常報警功能，并可通過GPRS將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)護(hù)中心。
關(guān)鍵詞:GPRS,移動監(jiān)護(hù),多參數(shù)

1 前言

隨著社會的發(fā)展和生活水平的提高，人們對生活質(zhì)量也提出了更高的要求。近年來，移動醫(yī)療是遠(yuǎn)程醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)的一個研究熱點。移動醫(yī)療對戶外病人進(jìn)行實時監(jiān)護(hù)，并把數(shù)據(jù)實時地發(fā)送到社區(qū)醫(yī)院的監(jiān)護(hù)中心，同時病人還可以享受醫(yī)療信息平臺提供的各種醫(yī)療服務(wù)^[1,2]。因此，具有無線移動通信功能的監(jiān)護(hù)和急救系統(tǒng)在臨床中發(fā)揮了越來越重要的作用。

GPRS在移動用戶和遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（如TCP/IP、X125等網(wǎng)絡(luò)）之間提供一種連接，從而給用戶提供高速無線IP和無線X125業(yè)務(wù)。GPRS有其無可比擬的優(yōu)越性，它采用分組交換技術(shù)，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，因此信道資源被有效地利用。利用GPRS技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)分組發(fā)送和接收，用戶可以永遠(yuǎn)在線，且費(fèi)用按數(shù)據(jù)流量計算，而與通信時長無關(guān)，這樣可以使得服務(wù)成本大大降低，減輕了用戶的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)^[3]。本文介紹一種基于GPRS技術(shù)研制的便攜式多參數(shù)移動監(jiān)護(hù)儀，可實時檢測人體的心電信號、心率、血氧飽和度、無創(chuàng)血壓、呼吸頻率和體溫等重要參數(shù)，實現(xiàn)對各參數(shù)的監(jiān)督報警、信息存儲和傳輸。本監(jiān)護(hù)儀具有覆蓋范圍廣、成本低、永遠(yuǎn)在線等特點，特別適用于戶外急救。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

移動監(jiān)護(hù)儀（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示）移動單元的硬件設(shè)計建立在Winbond公司的W78E58B單片機(jī)的基礎(chǔ)上，通過擴(kuò)展外圍電路，實現(xiàn)了對生理參數(shù)數(shù)據(jù)的采集、鍵盤操作、生理參數(shù)LCD顯示、自動報警、GPS信息獲取以及與監(jiān)護(hù)中心無線通信等功能。

圖1 移動監(jiān)護(hù)儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 信號調(diào)理模塊：該模塊主要由心電、血氧、體溫、血壓模塊的傳感器、信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路組成。信號調(diào)理電路主要實現(xiàn)信號的放大、濾波、陷波等處理，然后送入12位的AD574進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到的數(shù)字信號從串口進(jìn)入單片機(jī)。

2.2 報警電路模塊：監(jiān)護(hù)儀把實時采集的信號進(jìn)行分析，結(jié)果與設(shè)定閥值比較，實現(xiàn)監(jiān)督報警。用戶收到報警信號后，操作鍵盤將異常信號通過GPRS送到監(jiān)護(hù)中心進(jìn)行分析。

2.3 液晶顯示模塊：采用G191液晶模塊，點陣數(shù)為192128，點尺寸為0.330.33mm,點距為0.04mm，驅(qū)動電源為＋5V和－20V。液晶控制器采用SED1335，該控制器用于接收來自單片機(jī)的各種指令和數(shù)據(jù)，產(chǎn)生相應(yīng)的時序?qū)σ壕吝M(jìn)行控制顯示。

2.4 GPS模塊：GPS采用GARMIN公司GPS25－LVS系列OEM模塊，是目前應(yīng)用最廣泛的GPS接收處理板之一，采用單一5V供電，內(nèi)置保護(hù)電池，NMEA 0183 2.0格式輸出，默認(rèn)波特率為4800，1個起始位，8個數(shù)據(jù)位，1個停止位，無奇偶校驗。

2.5 GPRS模塊：當(dāng)用戶處于異常狀況時，監(jiān)護(hù)儀通過GPRS向監(jiān)護(hù)中心發(fā)送異常信號。GPRS 模塊通過串口與單片機(jī)通訊，以完成數(shù)據(jù)收發(fā)、控制等功能。儀器向GPRS Modem（工作原理如圖2所示）所示發(fā)送工作指令和數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)經(jīng)IP模塊進(jìn)行TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換，打成IP數(shù)據(jù)包，由MC35模塊以GPRS數(shù)據(jù)包形式發(fā)送出去，該模塊內(nèi)置西門子公司的MC35模塊、IP模塊^[4]。

圖2 GPRS Modem 工作原理

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

采用混合編程方式編寫系統(tǒng)程序，主程序采用C語言，各子程序采用匯編語言，主程序主要完成各模塊的初始化，分配協(xié)調(diào)各模塊使用系統(tǒng)資源，按鍵檢測以及控制報警，各子程序分別實現(xiàn)各自相對獨(dú)立功能，系統(tǒng)控制流程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)控制流程

由于人體生理信號變化緩慢，為了確保數(shù)據(jù)采集的高精度和準(zhǔn)確性，數(shù)據(jù)采集程序進(jìn)行多通道、多采樣點的流程設(shè)計^[5]。液晶顯示心電波形時，橫軸代表時間，每1mm代表0.04s（標(biāo)準(zhǔn)走紙速度25mm/s），縱坐標(biāo)代表波形幅度大小，每1mm代表0.1mv。還需要注意的是，為了消除LCD顯示圖形的間斷現(xiàn)象，我們采用如下處理方法：根據(jù)前后采樣點幅值差來調(diào)用向上畫線和向下畫線程序，若y(i)表示前一個采樣點幅值，y(i+1)表示后一個采樣點幅值，當(dāng)y(i+1)>y(i),調(diào)用向上畫垂線子程序；當(dāng)y(i+1)y(i)，調(diào)用向下畫垂線子程序，當(dāng)y(i+1)＝y(tǒng)(i)，調(diào)用畫水平線子程序。若相鄰兩列間隔大于2點，則把兩點間所有點“點亮”。為了能動態(tài)顯示，每隔一定時間間隔，將顯示緩沖區(qū)內(nèi)對應(yīng)的左邊15個點波形數(shù)據(jù)清除，其余波形左移15個點，并在右邊加上15個新采集的心電數(shù)據(jù)點，反復(fù)循環(huán)，從而達(dá)到動態(tài)刷新顯示的效果。下面給出液晶模塊繪點子程序：

W_DOT: MOV A,O_YL ; Y坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計算

MOV B,#20h

MUL AB

MOV O_YL,A ; O_YL存地址低8位

MOV A,B

XCH A,O_XH ; O_XH存地址高8位

PUSH ACC ; 存D7標(biāo)志位

CLR ACC.7 ; 清D7位

MOV B,#20H ; X坐標(biāo)高位轉(zhuǎn)換計算

MUL AB

ADD A,O_YL

MOV O_YL,A

MOV A,B

ADDC A,O_XH

MOV O_XH,A

MOV A,O_XL ; X坐標(biāo)低位轉(zhuǎn)換計算

MOV B,#08H

DIV AB

ADD A,O_YL ; 商與地址累加計算

MOV O_XL,A ; O_XL存地址低8位

MOV A,O_XH

ADDC A,#40H ; 加入顯示二區(qū)起始地址值

MOV O_XH,A

CLR A ; 確定要設(shè)置點的位置

SETB C

INC B ; B為余數(shù)= 點位置

W_DOT1: RRC A ; 確定點位置

DJNZ B,W_DOT1

MOV O_YL,A ; O_YL存點數(shù)據(jù)

MOV COM,#46H ; 設(shè)置光標(biāo)地址

LCALL PR1;PR1為寫指令子程序

MOV DAT1,O_XL

LCALL PR2;PR2為寫參數(shù)子程序

MOV DAT1,O_XH

LCALL PR2

MOV COM,#43H ; MREAD 代碼

LCALL PR1

POP ACC

MOV C,ACC.7

LCALL PR3 ; 讀取當(dāng)前顯示數(shù)據(jù)

MOV A,DAT1

JNC W_DOT2 ; 消點則轉(zhuǎn)

ORL A,O_YL ; 繪點

LJMP W_DOT3

W_DOT2: XCH A,O_YL ; 消點

CPL A

ANL A,O_YL

W_DOT3: MOV O_YL,A ; 存合成數(shù)據(jù)

MOV COM,#46H ; 重新設(shè)置光標(biāo)地址

LCALL PR1

MOV DAT1,O_XL

LCALL PR2

MOV DAT1,O_XH

LCALL PR2

MOV COM,#42H ; MWRITE 代碼

LCALL PR1

MOV DAT1,O_YL

LCALL PR2

RET

監(jiān)控中心主要由監(jiān)控臺和信息管理系統(tǒng)組成。監(jiān)控臺基于Labview平臺構(gòu)建，主要功能是通過GPRS模塊和IP綁定技術(shù)接收、處理、保存來自移動單元的數(shù)據(jù)，并將當(dāng)前同監(jiān)護(hù)中心連接的用戶的生理數(shù)據(jù)顯示出來供醫(yī)生參考^[6]。信息管理系統(tǒng)主要由電子病歷系統(tǒng)構(gòu)成，主要包含信息錄入、查詢及信息統(tǒng)計、分析等功能，為醫(yī)生對病人的資料進(jìn)行管理提供方便。

試驗結(jié)果表明，便攜式多參數(shù)移動監(jiān)護(hù)系統(tǒng)能實時對用戶進(jìn)行生理信號顯示并傳送到監(jiān)護(hù)中心，供醫(yī)務(wù)人員分析、診斷，使人們“足不出戶”就可享受高水平醫(yī)療服務(wù)。監(jiān)護(hù)中心操作界面如圖4所示,圖中波形分別為心電、血脈和呼吸波形（從上到下，從左到右）。

圖4 監(jiān)護(hù)中心操作界面

4 小結(jié)

隨著移動通信的迅速發(fā)展，人們對網(wǎng)絡(luò)需求不斷增長和對生活質(zhì)量需求的不斷提高，這種基于GPRS的移動監(jiān)護(hù)系統(tǒng)勢必具有更為廣泛的發(fā)展前景。本文作者創(chuàng)新點：移動監(jiān)護(hù)儀采用當(dāng)前流行的GPRS通信技術(shù)，當(dāng)病人在室外活動時，可把實時的生理信號、GPS地理信息通過GPRS發(fā)送到醫(yī)院服務(wù)器，從而達(dá)到移動實時監(jiān)護(hù)的功效，使監(jiān)護(hù)中心能及時找到用戶的當(dāng)前地理位置，從而使病人得到及時救治。監(jiān)護(hù)中心采用美國國家虛擬儀器公司（NI）的Labview作為軟件平臺，界面友好、使用方便、操作簡單；利用數(shù)據(jù)庫對電子地圖和電子病歷進(jìn)行管理，有助于對病人進(jìn)行有效的健康監(jiān)護(hù)，提高病人的生活質(zhì)量和健康水平；移動監(jiān)護(hù)單元采用W78E58B單片機(jī)控制，使成本得到了降低，經(jīng)濟(jì)實用。

參考文獻(xiàn)

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