基于GPRS網(wǎng)絡(luò )的醫療監護系統設計

摘要： 介紹了一個(gè)由ARM 處理器S3C44B0X 與M590E GPRS 模塊構成的家庭遠程醫療監護系統。筆者介紹了S3C44B0X 以及M590 的性能特點(diǎn)，主要外圍接口電路的設計，以及軟件設計架構和系統的組成原理，并給出了GPRS模塊的軟件配置方法。經(jīng)過(guò)實(shí)驗測試，本系統在應用中取得了比較好的效果。

近年來(lái)，在家庭修養的病人由于不能得到及時(shí)看護和搶救，死亡的人數大量提高。而隨著(zhù)老年化的加劇，老年人在家中的健康狀況也得到了更高的重視。本文研究的醫療服務(wù)系統可以極大的降低運送病人的時(shí)間和成本，并能及時(shí)的看護老年人的健康狀況，對提高我國全民的健康水平有著(zhù)重要作用。本論文提出了一種基于GPRS 網(wǎng)絡(luò )的家庭醫療服務(wù)系統，本系統采用了最新的GPRS 傳輸技術(shù)和比較人性化的菜單式人機接口，實(shí)現了醫院對家庭病人的實(shí)時(shí)監測。

1 系統工作原理

該系統由人體健康參數檢測模塊，GPRS 網(wǎng)絡(luò )和遠程計算機監控中心組成。人體健康參數檢測模塊由人體生命參數采集傳感器， 傳感器組是適配板，GPRS 網(wǎng)絡(luò )，MPU 及輔助電路構成，如圖1 所示。

傳感器進(jìn)行對人體健康參數的采集，當傳感器采集的信號是數字量，則信號直接傳送給MPU.當傳感器采集的信號是模擬量則需要通過(guò)傳感器組適配板進(jìn)行信號放大濾波處理，再傳送給MPU.通過(guò)MPU 處理的信號在LCD 上顯示和存儲，MPU 對數據進(jìn)行相應的協(xié)議封裝然后傳送給GPRS 無(wú)線(xiàn)通訊模塊， 該模塊將數據傳送上GPRS 公眾網(wǎng)， 通過(guò)Internet 傳輸方式將數據傳送到遠程計算機監控中心。該中心對接收到的數據進(jìn)行整理存儲，以達到監測病人的目的。

1.1 GPRS 模塊

出于對性?xún)r(jià)比和系統要求的考慮， 本系統采用了Wavecom 公司的M590E GPRS 模塊。本模塊具有語(yǔ)音，簡(jiǎn)訊服務(wù)， 數據傳輸以及FAX 功能并集成了Base band,RF 以及快速閃存并支持RS232 等。

GPRS 模塊和MPU 之間可通過(guò)RS232 串口進(jìn)行通信。

該模塊是基于IP 協(xié)議的，GPRS 網(wǎng)要經(jīng)過(guò)發(fā)送符合IP 協(xié)議的數據包才能與S3C44B0X 進(jìn)行通信。而且在uClinux 操作系統具有完備的TCP/IP 協(xié)議棧， 完全能達到系統功能的要求。

進(jìn)行通信時(shí)，第一步要通過(guò)AT 命令建立GPRS 信道，第二步設置波特率并指定上層協(xié)議開(kāi)通GPRS 鏈路， 最后采用PPP協(xié)議來(lái)進(jìn)行數據鏈路層的連接和傳輸。

底層鏈路成功建立以后， 就要進(jìn)行上層的socket 通信。

鏈路層的上邊就是IP 層， 該層之上可以選擇的協(xié)議有面向連接的TCP 和面向非連接的UDP 協(xié)議。如果數據可靠性要求較高，應當選擇TCP 協(xié)議，可是其實(shí)現比較復雜，并且系統負荷較大；雖然UDP 協(xié)議的可靠性較低，但是對網(wǎng)絡(luò )的負荷較小。比較適合數據的實(shí)時(shí)傳輸。本系統對實(shí)時(shí)性要求比較高，應選用UDP 協(xié)議，本協(xié)議不但簡(jiǎn)單，而且在實(shí)際的應用中效果良好。本系統要實(shí)現遠程測控， 所以要為GPRS 模塊的PC 機編寫(xiě)一個(gè)通信軟件。主要用于接收發(fā)送UDP 協(xié)議的IP包和一個(gè)類(lèi)似嵌入式系統的LCD 菜單人機對話(huà)框。

1.2 遠程計算機監測中心的軟件實(shí)現

遠程計算機監測中心實(shí)際上就是一個(gè)管理數據庫的系統。遠端數據庫采用SQL Server 作為軟件。SQL 是一種結構化查詢(xún)語(yǔ)言并是一種標準數據庫語(yǔ)言，SQL 對數據庫的隨即查詢(xún)以及管理數據庫和設計程序功能十分豐富。本系統的用戶(hù)界面采用C++ Builder 作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言， 本軟件可以提供豐富的可視和不可視控件，可以創(chuàng )建良好的用戶(hù)界面，能進(jìn)行高效能的數據庫管理和訪(fǎng)問(wèn)，并能快速執行和網(wǎng)絡(luò )編程。該數據庫功能強大，不僅有查詢(xún)，添加，刪除以及編輯的基本功能，還能報警，結果導出，打印，查詢(xún)以及繪圖等實(shí)用功能。

2 系統的軟件和硬件的實(shí)現

2.1 硬件電路

該系統的嵌入式微處理器采用Samsung 公司的S3C44B0X,S3C44B0X 是基于A(yíng)RM7TDMI 核的32 位高速處理器[4].此MPU 具有LCD 控制器，4 個(gè)DMA 通道，定時(shí)器，外部存儲控制器，通用I/O 口，2 個(gè)通道UART 以及外部中斷源等。S3C44B0X 還有8 路模擬信號輸入的10 位逐次逼近型數模轉換器，可實(shí)現將模擬信號轉化為數字量的功能。本系統的具體硬件電路如圖2 所示。

氣體濃度通過(guò)氣體傳感器轉換為電壓信號輸出。因為氣體濃度的變化比較緩慢， 傳感器的電壓信號變化量比較小。

所以要對信號進(jìn)行放大。本系統的信號放大濾波模塊由測量放大器原理電路，如下圖3 所示。該電路有第1 級的同相輸入電路，輸入電阻高，并且因為電路結構對稱(chēng)，可較好地抑制零點(diǎn)漂移；第2 級是差分放大電路，能較好地對擾動(dòng)的竄入進(jìn)行抑制。小電容的一端接地另一端與測量放大器輸出信號相連，可以對信號進(jìn)行濾波。

2.1.2 S3C44B0X 與GPRS 模塊的連接

S3C44B0X 本身帶有兩個(gè)串口控制寄存器， 該串口通過(guò)電平轉換器MAX232 進(jìn)行電平轉換， 轉換以后的接收端口RXD 和發(fā)送端口TXD 與GPRS 模塊的對應腳相連， 再將MPU 上的清除發(fā)送端口CTS 和請求發(fā)送端口RTS 與GPRS模塊對應腳相連，從而就實(shí)現了MPU 與GPRS 模塊之間的通信[6].MPU 的I/O 口與GPRS 模塊開(kāi)關(guān)進(jìn)行連接，通過(guò)置位來(lái)控制GPRS 開(kāi)關(guān)。

2.2 系統的軟件實(shí)現

搭建完硬件平臺以后，考慮操作系統的選擇，因為操作系統的選用是實(shí)現各系統功能的關(guān)鍵。該系統采用了免費的uClinux 操作系統，該系統沒(méi)有MMU 即內存管理單元，比較適合ARM 式微處理器。該系統采用uClinux-20040408 版。該版本的操作系統帶有很多硬件的驅動(dòng)程序， 比如串口驅動(dòng)，LCD 顯示等，另外還具有完整的嵌入式TCP/IP 網(wǎng)絡(luò )協(xié)議。

如果需要加上自己的驅動(dòng)，可采用文件系統方便地加入內核中。驅動(dòng)程序編輯好以后，就可以為上層的應用程序的編寫(xiě)提供接口函數， 也就可以開(kāi)始編寫(xiě)針對設備的應用程序，最后就可以重新編譯內核。把該操作系統的二進(jìn)制文件燒載進(jìn)FLASH 中，就能實(shí)現對外部設備的使用了。

該系統的軟件功能模塊由初始化模塊， 顯示器模塊，鍵盤(pán)功能模塊，操作系統模塊以及數據解算模塊組成。主程序流程圖如圖4 所示。

本系統的主程序的主要功能是對傳感器模擬信號的轉換、存儲、顯示以及發(fā)送。該系統將接收的模擬信號通過(guò)ADC轉換為數字信號后在LCD 上顯示，經(jīng)操作人員得到確認后將數據存儲到系統的FLASH 中， 對信號進(jìn)行一定的處理以便達到GPRS 傳輸的需要，通過(guò)對上位機發(fā)出發(fā)送信號的請求，并且該系統接收到上位機的回應便可以進(jìn)行發(fā)送。

該系統的數據采集程序中運用了一個(gè)帶數字濾波的AD轉換方法即中位值濾波， 該方法是對數據進(jìn)行4 次采樣，除去其中的最大值和最小值，再取平均值，得到系統可用的數據，該方法對去除尖峰干擾有較好的效果。

3 結束語(yǔ)

本系統在哈爾濱市某小區進(jìn)行了試運行，取得了比較滿(mǎn)意的效果。使用該系統時(shí)，用戶(hù)可根據自身的實(shí)際情況靈活的選擇人體檢測傳感器，通過(guò)比較人性化的菜單式人機接口可以直觀(guān)地觀(guān)察到自身的健康信息；用戶(hù)也可以隨時(shí)將健康信息發(fā)送到醫療監測中心， 該系統不受時(shí)間和地域的限制。該系統成本較低， 使用方便將具有廣闊的應用場(chǎng)景和市場(chǎng)，對我國全民健康水平的提高具有重要的作用。