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(yù)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(zhuǎn) 變，無線心電監(jiān)護系統(tǒng)的研究在近年來引起了國 內(nèi)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)。

　　由于大多數(shù)心電監(jiān)護儀成本較高，操作復(fù)雜，不 宜在家庭中普及，因此，作者研制一種能夠?qū)崟r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(dāng)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(dāng)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(jié)構(gòu)及原理

　　系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　通過電極從人體上取得的心電信號，經(jīng)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(nèi)部的ADC12轉(zhuǎn)換模塊對模擬信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)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(chǎn)生心電 異常立即報警，當(dāng)患者在一定時間內(nèi)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(shè) 備的應(yīng)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(jié)構(gòu)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(nèi)完成；器件片內(nèi)有JTAG調(diào)試接口，無需仿真 器和編程器，方便設(shè)計者開發(fā)調(diào)試。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主 要包括：16位的CPU、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存 儲器(RAM)、FLL+時鐘系統(tǒng)(片內(nèi)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(zhuǎn) 換]、復(fù)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(shè)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(jīng)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(yīng)的功能。鍵盤的設(shè)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(dāng) 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(yù)留。