基于GPRS的多參數移動(dòng)監護儀的設計與實(shí)現

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移動(dòng)監護儀，可以實(shí)時(shí)測量心電、心率、血壓、體溫以及血氧飽和度，具有數據分析、異常報警功能，并可通過(guò)GPRS將數據傳輸到監護中心。
關(guān)鍵詞:GPRS,移動(dòng)監護,多參數

1 前言

隨著(zhù)社會(huì )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(lái)，移動(dòng)醫療是遠程醫療領(lǐng)域內的一個(gè)研究熱點(diǎn)。移動(dòng)醫療對戶(hù)外病人進(jìn)行實(shí)時(shí)監護，并把數據實(shí)時(shí)地發(fā)送到社區醫院的監護中心，同時(shí)病人還可以享受醫療信息平臺提供的各種醫療服務(wù)^[1,2]。因此，具有無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信功能的監護和急救系統在臨床中發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。

GPRS在移動(dòng)用戶(hù)和遠端的數據網(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(hù)提供高速無(wú)線(xiàn)IP和無(wú)線(xiàn)X125業(yè)務(wù)。GPRS有其無(wú)可比擬的優(yōu)越性，它采用分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶(hù)可同時(shí)占用多個(gè)無(wú)線(xiàn)信道，同一無(wú)線(xiàn)信道又可以由多個(gè)用戶(hù)共享，因此信道資源被有效地利用。利用GPRS技術(shù)實(shí)現數據分組發(fā)送和接收，用戶(hù)可以永遠在線(xiàn)，且費用按數據流量計算，而與通信時(shí)長(cháng)無(wú)關(guān)，這樣可以使得服務(wù)成本大大降低，減輕了用戶(hù)的經(jīng)濟負擔^[3]。本文介紹一種基于GPRS技術(shù)研制的便攜式多參數移動(dòng)監護儀，可實(shí)時(shí)檢測人體的心電信號、心率、血氧飽和度、無(wú)創(chuàng )血壓、呼吸頻率和體溫等重要參數，實(shí)現對各參數的監督報警、信息存儲和傳輸。本監護儀具有覆蓋范圍廣、成本低、永遠在線(xiàn)等特點(diǎn)，特別適用于戶(hù)外急救。

2 系統硬件設計

移動(dòng)監護儀（系統結構如圖1所示）移動(dòng)單元的硬件設計建立在Winbond公司的W78E58B單片機的基礎上，通過(guò)擴展外圍電路，實(shí)現了對生理參數數據的采集、鍵盤(pán)操作、生理參數LCD顯示、自動(dòng)報警、GPS信息獲取以及與監護中心無(wú)線(xiàn)通信等功能。

圖1 移動(dòng)監護儀系統結構

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

2.2 報警電路模塊：監護儀把實(shí)時(shí)采集的信號進(jìn)行分析，結果與設定閥值比較，實(shí)現監督報警。用戶(hù)收到報警信號后，操作鍵盤(pán)將異常信號通過(guò)GPRS送到監護中心進(jìn)行分析。

2.3 液晶顯示模塊：采用G191液晶模塊，點(diǎn)陣數為192128，點(diǎn)尺寸為0.330.33mm,點(diǎn)距為0.04mm，驅動(dòng)電源為＋5V和－20V。液晶控制器采用SED1335，該控制器用于接收來(lái)自單片機的各種指令和數據，產(chǎn)生相應的時(shí)序對液晶屏進(jìn)行控制顯示。

2.4 GPS模塊：GPS采用GARMIN公司GPS25－LVS系列OEM模塊，是目前應用最廣泛的GPS接收處理板之一，采用單一5V供電，內置保護電池，NMEA 0183 2.0格式輸出，默認波特率為4800，1個(gè)起始位，8個(gè)數據位，1個(gè)停止位，無(wú)奇偶校驗。

2.5 GPRS模塊：當用戶(hù)處于異常狀況時(shí)，監護儀通過(guò)GPRS向監護中心發(fā)送異常信號。GPRS 模塊通過(guò)串口與單片機通訊，以完成數據收發(fā)、控制等功能。儀器向GPRS Modem（工作原理如圖2所示）所示發(fā)送工作指令和數據時(shí)，數據經(jīng)IP模塊進(jìn)行TCP/IP協(xié)議轉換，打成IP數據包，由MC35模塊以GPRS數據包形式發(fā)送出去，該模塊內置西門(mén)子公司的MC35模塊、IP模塊^[4]。

圖2 GPRS Modem 工作原理

3 系統軟件設計

采用混合編程方式編寫(xiě)系統程序，主程序采用C語(yǔ)言，各子程序采用匯編語(yǔ)言，主程序主要完成各模塊的初始化，分配協(xié)調各模塊使用系統資源，按鍵檢測以及控制報警，各子程序分別實(shí)現各自相對獨立功能，系統控制流程如圖3所示。

圖3 系統控制流程

由于人體生理信號變化緩慢，為了確保數據采集的高精度和準確性，數據采集程序進(jìn)行多通道、多采樣點(diǎn)的流程設計^[5]。液晶顯示心電波形時(shí)，橫軸代表時(shí)間，每1mm代表0.04s（標準走紙速度25mm/s），縱坐標代表波形幅度大小，每1mm代表0.1mv。還需要注意的是，為了消除LCD顯示圖形的間斷現象，我們采用如下處理方法：根據前后采樣點(diǎn)幅值差來(lái)調用向上畫(huà)線(xiàn)和向下畫(huà)線(xiàn)程序，若y(i)表示前一個(gè)采樣點(diǎn)幅值，y(i+1)表示后一個(gè)采樣點(diǎn)幅值，當y(i+1)>y(i),調用向上畫(huà)垂線(xiàn)子程序；當y(i+1)y(i)，調用向下畫(huà)垂線(xiàn)子程序，當y(i+1)＝y(i)，調用畫(huà)水平線(xiàn)子程序。若相鄰兩列間隔大于2點(diǎn)，則把兩點(diǎn)間所有點(diǎn)“點(diǎn)亮”。為了能動(dòng)態(tài)顯示，每隔一定時(shí)間間隔，將顯示緩沖區內對應的左邊15個(gè)點(diǎn)波形數據清除，其余波形左移15個(gè)點(diǎn)，并在右邊加上15個(gè)新采集的心電數據點(diǎn)，反復循環(huán)，從而達到動(dòng)態(tài)刷新顯示的效果。下面給出液晶模塊繪點(diǎn)子程序：

W_DOT: MOV A,O_YL ; Y坐標轉換計算

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標志位

CLR ACC.7 ; 清D7位

MOV B,#20H ; X坐標高位轉換計算

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坐標低位轉換計算

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 ; 加入顯示二區起始地址值

MOV O_XH,A

CLR A ; 確定要設置點(diǎn)的位置

SETB C

INC B ; B為余數= 點(diǎn)位置

W_DOT1: RRC A ; 確定點(diǎn)位置

DJNZ B,W_DOT1

MOV O_YL,A ; O_YL存點(diǎn)數據

MOV COM,#46H ; 設置光標地址

LCALL PR1;PR1為寫(xiě)指令子程序

MOV DAT1,O_XL

LCALL PR2;PR2為寫(xiě)參數子程序

MOV DAT1,O_XH

LCALL PR2

MOV COM,#43H ; MREAD 代碼

LCALL PR1

POP ACC

MOV C,ACC.7

LCALL PR3 ; 讀取當前顯示數據

MOV A,DAT1

JNC W_DOT2 ; 消點(diǎn)則轉

ORL A,O_YL ; 繪點(diǎn)

LJMP W_DOT3

W_DOT2: XCH A,O_YL ; 消點(diǎn)

CPL A

ANL A,O_YL

W_DOT3: MOV O_YL,A ; 存合成數據

MOV COM,#46H ; 重新設置光標地址

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

監控中心主要由監控臺和信息管理系統組成。監控臺基于Labview平臺構建，主要功能是通過(guò)GPRS模塊和IP綁定技術(shù)接收、處理、保存來(lái)自移動(dòng)單元的數據，并將當前同監護中心連接的用戶(hù)的生理數據顯示出來(lái)供醫生參考^[6]。信息管理系統主要由電子病歷系統構成，主要包含信息錄入、查詢(xún)及信息統計、分析等功能，為醫生對病人的資料進(jìn)行管理提供方便。

試驗結果表明，便攜式多參數移動(dòng)監護系統能實(shí)時(shí)對用戶(hù)進(jìn)行生理信號顯示并傳送到監護中心，供醫務(wù)人員分析、診斷，使人們“足不出戶(hù)”就可享受高水平醫療服務(wù)。監護中心操作界面如圖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 監護中心操作界面

4 小結

隨著(zhù)移動(dòng)通信的迅速發(fā)展，人們對網(wǎng)絡(luò )需求不斷增長(cháng)和對生活質(zhì)量需求的不斷提高，這種基于GPRS的移動(dòng)監護系統勢必具有更為廣泛的發(fā)展前景。本文作者創(chuàng )新點(diǎn)：移動(dòng)監護儀采用當前流行的GPRS通信技術(shù)，當病人在室外活動(dòng)時(shí)，可把實(shí)時(shí)的生理信號、GPS地理信息通過(guò)GPRS發(fā)送到醫院服務(wù)器，從而達到移動(dòng)實(shí)時(shí)監護的功效，使監護中心能及時(shí)找到用戶(hù)的當前地理位置，從而使病人得到及時(shí)救治。監護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(jiǎn)單；利用數據庫對電子地圖和電子病歷進(jìn)行管理，有助于對病人進(jìn)行有效的健康監護，提高病人的生活質(zhì)量和健康水平；移動(dòng)監護單元采用W78E58B單片機控制，使成本得到了降低，經(jīng)濟實(shí)用。

參考文獻

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2. 吳效明，吳凱，岑人經(jīng)等.多參數心臟功能遠程檢測系統的研制.醫療衛生裝備，2004(4)：17～18
3. 陳廣飛.基于GPRS的無(wú)線(xiàn)移動(dòng)醫療設備系統的設計與實(shí)現.醫療衛生裝備，2004(12)：7～8
4. 羅琦琨，萬(wàn)振中等.便攜式動(dòng)態(tài)心電監護儀的研制.中國醫療器械雜志,1996(2)：63～67
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6. 吳凱,吳效明.多生理參數遠程虛擬檢測儀的設計與實(shí)現. 微計算機息.2006,01(1):145,146,179