一款低功耗移動(dòng)心電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.引言

隨著當(dāng)前信息技術(shù)和醫(yī)療水平的不斷發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高，越來(lái)越多的人們對(duì)個(gè)人及家庭的健康護(hù)理提出了更高的要求，希望能夠隨時(shí)了解自己的身體健康狀況，并盡早發(fā)現(xiàn)病癥、解決問(wèn)題。目前傳統(tǒng)的Holter系統(tǒng)體積大，使用不便的缺點(diǎn)也給人們的日常使用帶來(lái)了很大不便。因此，利用最新的無(wú)線傳感網(wǎng)與微處理器技術(shù)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)可長(zhǎng)期在線且具有無(wú)線移動(dòng)監(jiān)控能力的移動(dòng)心電信息采集監(jiān)控系統(tǒng)具有很高的實(shí)用價(jià)值和市場(chǎng)潛力。

本文通過(guò)研究人體心電信號(hào)的各項(xiàng)主要特征和實(shí)際監(jiān)測(cè)應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套無(wú)線傳感心電信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)嵌入內(nèi)衣穿戴的智能電極對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行采集處理，并通過(guò)目前已成為移動(dòng)設(shè)備標(biāo)配的藍(lán)牙無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)將心電數(shù)據(jù)發(fā)送至Android智能監(jiān)控終端進(jìn)行接收數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理和分析。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，包括嵌入內(nèi)衣的心電圖導(dǎo)聯(lián)、智能電極信號(hào)處理電路模塊、以及配置有藍(lán)牙的智能Android終端應(yīng)用，其中智能電極信號(hào)處理模塊包括模擬信號(hào)調(diào)理電路、微處理器電路和無(wú)線藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)模塊以及可在模塊上擴(kuò)展體溫傳感器和血氧探頭等，進(jìn)而擴(kuò)展生命健康監(jiān)測(cè)參數(shù)。

本系統(tǒng)首先將嵌入內(nèi)衣的導(dǎo)聯(lián)電極采集的心電信號(hào)送往智能電極中信號(hào)處理電路模塊中，由模擬信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行濾波放大。

信號(hào)經(jīng)調(diào)理之后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送給主控微處理器分析預(yù)處理。之后經(jīng)無(wú)線藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)通過(guò)無(wú)線信道送給配置有藍(lán)牙的智能Android終端應(yīng)用進(jìn)行診斷分析以及監(jiān)控顯示。當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，終端應(yīng)用發(fā)出警報(bào)并可將結(jié)果通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送至遠(yuǎn)程醫(yī)療中心。

由于智能電極中模擬信號(hào)調(diào)理電路不是本文對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所要重點(diǎn)闡述的部分，所以本文主要對(duì)數(shù)據(jù)分析預(yù)處理、無(wú)線藍(lán)牙通信和Android終端應(yīng)用程序設(shè)計(jì)做介紹。

3.智能電極控制軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用TI公司MSP430G2553超低功耗微處理器構(gòu)建中心處理單元。MSP430單片機(jī)在低功耗方面表現(xiàn)出色，支持快速休眠，大量節(jié)省系統(tǒng)能耗，并且在惡劣條件下工作性能穩(wěn)定。所采用的G2553型號(hào)單片機(jī)加載有自主設(shè)計(jì)的危急特征提取算法，能夠滿足設(shè)計(jì)的需求。

如圖2所示為智能電極控制軟件流程圖。

主要過(guò)程為在信號(hào)調(diào)理電路預(yù)處理心電模擬信號(hào)之后，超低功耗微處理器通過(guò)內(nèi)置的10位AD轉(zhuǎn)換模塊(采樣精度為3mV)對(duì)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和轉(zhuǎn)換，采樣周期為5ms,并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)取高8位后通過(guò)與異步串口(UART)交由藍(lán)牙模塊通過(guò)無(wú)線藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)發(fā)出。

4.Android終端應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

4.1 藍(lán)牙數(shù)據(jù)接收模塊設(shè)計(jì)

現(xiàn)代社會(huì)智能移動(dòng)終端已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的一部分，而目前大部分以手機(jī)為代表智能移動(dòng)終端都是以Android系統(tǒng)為操作平臺(tái)并配置有藍(lán)牙裝置，因此為了滿足人們?nèi)粘Ｉ钍褂玫男枨笠耘渲糜兴{(lán)牙的智能Android移動(dòng)終端為數(shù)據(jù)處理和診斷平臺(tái)來(lái)開(kāi)發(fā)應(yīng)用程。該應(yīng)用程序以Java語(yǔ)言為主來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。如圖3所示為Android設(shè)備藍(lán)牙數(shù)據(jù)接收模塊設(shè)計(jì)。