掌上多功能監護呼救定位系統的研制

　　引言

　　目前，社會(huì )上的獨居老人、兒童或其他自理能力較差的個(gè)體發(fā)生一些意外情況時(shí)，往往得不到及時(shí)的處理和救護。在諸多的意外情況中，有一類(lèi)意外——跌倒——非常具有代表性。跌倒動(dòng)作可能會(huì )對人體產(chǎn)生危害，因此如何檢測出這種運動(dòng)狀態(tài)的突然改變過(guò)程并對發(fā)生運動(dòng)狀態(tài)突變的個(gè)體所經(jīng)受的傷害風(fēng)險進(jìn)行及時(shí)評估，對于快速引導救助和妥善處理發(fā)生跌倒的個(gè)體而言非常重要。

　　流行病學(xué)研究顯示，以心血管系統異常表現為首發(fā)癥狀和體征，可表現為各種類(lèi)型心律失常、夜間心絞痛和心肌梗死，均可通過(guò)心電圖的監護及早發(fā)現。

　　本方案旨在設計一款隨身攜帶的傳感設備，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測佩戴者的人體姿態(tài)和心電信號，并進(jìn)行必要分析，獲得佩戴者的生理狀態(tài)信息。當傳感設備識別出佩戴者可能發(fā)生意外情況后，立即將報警信息和佩戴者的地理位置信息通過(guò)短信方式發(fā)送至預設的接收者手機上，使接收者能在第一時(shí)間獲知緊急情況并采取必要的救助措施。

　　目前我國社會(huì )結構問(wèn)題中，人口老齡化和殘障人員的保護問(wèn)題日益嚴重。伴隨老年人數量的大幅增長(cháng)以及已有的數量巨大的殘障群體，國家的醫療保障負擔越來(lái)越沉重。本設計所關(guān)注的健康問(wèn)題與上述兩類(lèi)人群有密切關(guān)系——充分考慮了家庭作為上述人群日?；顒?dòng)的主要場(chǎng)所和對疾病治療恢復的重要性，響應了國家對于疾病治療模式中“早發(fā)現，早治療”的倡導，因此不僅具有良好的社會(huì )效益，更由于其廣闊的目標市場(chǎng)而具有可觀(guān)的經(jīng)濟效益。

　　基本設計

　　裝置的基本功能設置

　　根據本裝置的應用背景，對其應具有的基本功能設定如下：

　　數據采集功能。包括心電圖和身體加速度信息的采集和分析;

　　數據存儲功能。對采集到的心電圖和加速度信息進(jìn)行保存;

　　人機交互功能。鍵盤(pán)響應使用者的輸入，液晶屏顯示交互信息，必要的聲音提示;

　　報警信息發(fā)布。將檢測到的危險情況通過(guò)一定的方式發(fā)送給預先設定的接受者;

　　定位信息獲取。對發(fā)生危險情況個(gè)體所處的地理位置進(jìn)行定位;

　　便攜性設計。體積小，重量輕，低功耗。

　　系統方案設計

　　由基本功能設置，可以向系統方案設計進(jìn)行映射。本設計采用MCU作為系統的核心組件，通過(guò)圍繞MCU配置外設實(shí)現上述功能配置。由于本方案使用的MCU為時(shí)代民芯公司提供的MXT8051，故系統方案將在滿(mǎn)足便攜性需求的設計框架內，對外圍模塊進(jìn)行設計細化。

　　根據基本功能設置所產(chǎn)生的系統基本設計框圖如圖1所示。

　　MXT8051提供了豐富的接口和集成外設模塊，充分利用片內資源同時(shí)簡(jiǎn)化外圍模塊設計是實(shí)現低功耗設計的關(guān)鍵因素。下面對各外圍模塊分別進(jìn)行描述。

　　ECG采集模塊。ECG信號為微弱生物電信號，信號幅值為1mV左右，帶寬約為0Hz~40Hz?？紤]到模數轉換使用MCU集成的外設，其輸入動(dòng)態(tài)范圍為0~電源電壓，故必須對原始的ECG信號進(jìn)行放大，并通過(guò)濾波進(jìn)一步改善通帶內信號的質(zhì)量。ECG采集模塊由放大級和濾波級兩部分組成，放大級要求具有高輸入阻抗、高共模抑制比的特性，可通過(guò)選用儀表放大器芯片滿(mǎn)足該特性并提供較理想的功耗特性;濾波級要求在通帶內具有較為線(xiàn)性的響應，而對于通帶外的信號具有較強的衰減同時(shí)還有足夠的驅動(dòng)能力，MXT8051內部集成了3個(gè)運算放大器和一個(gè)可變增益放大器，非常適合構建有源濾波器電路。