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远程无线心电监护系统的软件设计

远程无线心电监护系统的软件设计

随着人们生活和工作节奏的不断加快,心血管疾病已逐渐成为威胁人类生命安全的主要疾病,发病率明显上升,并呈低龄化趋势发展。通过心电信号发现并及时诊治心血管疾病,是降低发病率和死亡率的有效途径。
利用当前日趋成熟的电子、通信和计算机技术,设计开发一套操作简单、携带方便、价格适宜的远程心电监护系统具有良好的应用价值。患者可以随时随地对自己的心脏状态进行监护,减轻了奔波劳累和经济开支、节省了时间和社会医疗资源;患者在熟悉的环境中实时监测,提高了心电信号的准确性,从而为病情的发现和诊治赢得了时间;对于行动不便或自理能力较差的用户实施远程监护,遇到病情突变时能够迅速报警,为患者提供及时的救助。

1 系统整体结构
选择以GPRS通信技术为平台,设计了一套基于飞思卡尔DSC的远程心电信号监护系统。该系统主要包括心电采集、数据传输和远程监护3部分。整体框架如图1所示。


心电信号采集模块负责对患者的心电信号进行长时间实时采集,同时辅以心电信号调理电路,对采集到的微弱心电信号进行放大、滤波,然后由微控制器控制远程通信模块,将心电信号数据发送到医院中心监测站的远程服务器,医护工作人员操作远程服务器上的心电信号监护软件,对接收到的心电信号数据进行进一步的处理和分析,给出诊断意见,为患者的治疗提供实时的远程指导;对一些突发病情,可以赢得宝贵的抢救时间。

2 系统硬件设计与成果
系统的硬件部分包括心电信号采集模块和远程通信模块两部分。心电信号采集模块主要包括电极、心电导联系统、前置放大电路及右腿驱动、高低通滤波电路、50 Hz陷波电路、后置放大及电平抬升电路等部分。远程通信模块主要由MC9S12XS128单片机、GPRS模块、SIM卡电路、电源电路组成。设计的远程无线心电监护系统样机,在强烈的噪声中仍能够采集到准确的心电信号,尽可能地减小了失真,如图2所示。



3 系统软件设计与实现
远程心电监护系统软件包括两部分:监护终端软件和远程服务器监护软件。监护终端软件即为单片机软件,主要是完成心电信号数据的采集控制、A/D转换、发送等功能;远程服务器监护软件则是医院监测中心的计算机软件,主要完成心电信号数据的接收、显示、存储及报警等功能。
3.1 单片机程序
单片机不仅要完成系统初始化设置,还要完成单片机的工作控制、无线传输控制等。为便于程序的调试、连接和修改,设计时分成3个模块:(1)单片机主程序模块:初始化心电信号监护系统终端的各个模块,控制各个模块的工作状态和工作流程,实现远程心电监护系统的总体功能。(2)心龟信号采集模块:主要完成心电信号数据的采样工作。(3)心电信号数据无线传输模块:完成无线传输芯片SIM300模块的初始
化、传输控制等功能。
3.1.1 单片机主程序模块
单片机主程序模块的流程图如图3所示。

系统初始化:单片机系统初始化包括锁相环的初始化、串口初始化、A/D初始化等。(1)锁相环的初始化。(2)串口初始化。单片机有两个SCI模块,可任选其一。SCI的初始化主要包括波特率设置、通信格式的设置、发送接收数据方式的设置等。(3)GPRS初始化。系统初始化结束后可以进行GPRS初始化,GPRS初始化是通过SCI串口向SIM300模块输入AT指令,然后根据串口接收的返回值来完成,具体流程如图4所示。



其中当“AT\r\n”的返回值为“OK”时,则表示成功启动SIM300模块,否则表示启动失败;当“AT+CGATT?\r\n”的返回值为“1”时,则说明GPRS打开成功,否则说明打开失败;“AT+CIPSTART=<mode>,<IP address>,<port>\r\n”中mode表示通信协议,IPaddress表示远程服务器IP地址,同时要求该地址为公网IP地址,port表示远程服务器开放的端口号,该指令的返回值为“CONNECT OK”时,表示登陆Internet成功,即GPRS的初始化即结束。
3.1.2 心电信号采集模块
心电信号数据的采集流程如图5所示。其中A/D转换之前应按照要求对转换位数、扫描方式、采样时间、时钟频率及标志检查等方式进行设置,然后通过控制寄存器发出转换命令,即可实现A/D转换。

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