心電數字無(wú)線(xiàn)遙測系統的設計

1 引言

無(wú)線(xiàn)遙測產(chǎn)品的市場(chǎng)發(fā)展迅速，最近業(yè)界也掀起了一場(chǎng)無(wú)線(xiàn)應用的革命，無(wú)線(xiàn)遙測技術(shù)已經(jīng)成為產(chǎn)品競爭力的一個(gè)重要因素。從發(fā)展的角度來(lái)看，醫療監護產(chǎn)品的無(wú)線(xiàn)化、網(wǎng)絡(luò )化是發(fā)展趨勢，移動(dòng)型、具備無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能的監護產(chǎn)品將成為未來(lái)市場(chǎng)的主流，另外，TELEMEDICINE（遠程醫療）的發(fā)展也將使無(wú)線(xiàn)監護與無(wú)線(xiàn)互聯(lián)技術(shù)大有用武之地。無(wú)線(xiàn)應用的前景廣闊，因此研制開(kāi)發(fā)無(wú)線(xiàn)監護產(chǎn)品勢在必行。

在該系統中使用了TI公司的單片無(wú)線(xiàn)發(fā)送芯片TRF4400和接收芯片TRF6900。該芯片功耗低，抗干擾能力強，且使用ISM頻段，頻率無(wú)需申請．可廣泛應用于無(wú)線(xiàn)數據采集系統、無(wú)線(xiàn)監控系統、收費系統、智能卡、設備遙控等場(chǎng)合，應用前景十分廣泛。

2．系統結構和功能概述

整個(gè)系統主要包括發(fā)射器，接收箱，PC終端顯示，遠程中央站等組成(見(jiàn)圖1)。接收箱出為T(mén)TL異步串行數據，模塊化的好處是可以非常地增減通道，方便地為床邊監護儀配置遙測接收模塊（圖2）。接收箱輸出為10BASE-T接口，直接和遠程的中央站產(chǎn)品接口，單接收箱的容量為8床。通過(guò)同時(shí)使用多個(gè)接收箱，可實(shí)現n*8的容量，容量的上限主要由可用頻率帶寬限制。

首先通過(guò)攜帶在病人身上的發(fā)射器將病人的信息采集處理后發(fā)射出去，接收箱完成數據接收，送給床邊監護儀顯示打印，最后通過(guò)10BASE網(wǎng)線(xiàn)送給中央站實(shí)現遠程診療。

3．硬件電路設計

3.1.發(fā)射器

發(fā)射器包括心電參數電路，用于基帶數字信號處理的MSP430微控器，以及TRF4400的射頻發(fā)送模塊電路。其中無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)芯片TRF4400是整個(gè)系統的核心，直接關(guān)系到整個(gè)系統的性能。電路如圖2所示

1) 心電參數電路

人體微弱心電信號經(jīng)過(guò)保護電路，差模放大，濾波等電路后得到心電信號ECG，導聯(lián)脫落FAIL_RA,FAIL_LL信號，然后通過(guò)MSP430自帶的12BIT的AD轉換，參數電路可以通過(guò)SHUTDOWN即開(kāi)關(guān)電源信號受控于控制器。通過(guò)PACE波撿出得到PACE脈沖信號，利用MSP430的I/O口中斷功能捕獲。

2) 微控制器

本系統中使用的微控制器是TI公司的MSP430。它具有功耗低、體積小等特點(diǎn)，有豐富的硬件資源。

系統還擴展了按鍵電路，如護士呼叫等按鍵，電池電壓低，采樣導聯(lián)線(xiàn)脫落等發(fā)光二極管狀態(tài)指示和報警。

3)供電電路

發(fā)射器采用兩節5號鎳氫電池供電，容量為1300mAh，可直接對微控制器和TRF6900供電，用電源變換芯片變換為+/-5V為心電ECG參數電路供電，為了達到20小時(shí)以上的工作時(shí)間，要求發(fā)射器的功耗在120mW以?xún)?，發(fā)射部分的平均功耗估計在80mW左右，這樣分配給其他部分的功耗為40mW，這對設計提出了較高要求。對ECG電路需要做針對低功耗的設計優(yōu)化，通過(guò)選用低功耗的芯片，這個(gè)目標是可以達到的。

3.2.RF無(wú)線(xiàn)鏈路

該部分是采用TI的無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊TRF4400來(lái)完成的，它可實(shí)現基帶數字信號的透明傳輸，TRF6900采用DDS和PLL技術(shù)，該技術(shù)直接由基帶數字信號0，1產(chǎn)生相應兩種不同頻率的正弦波，具體是當傳輸0的時(shí)候是根據外接的參考頻率和DDS的編程設置產(chǎn)生輸出某個(gè)頻率，而1則是在此基礎上根據調制系數的傳輸速率來(lái)編程產(chǎn)生偏移頻率

具有頻率范圍寬、頻率分辨率高、可用軟件方便地控制輸出頻率等優(yōu)點(diǎn)，但DDS由于受參考頻率的限制，輸出頻率通常較低，為了滿(mǎn)足實(shí)際需要，所以DDS輸出的中頻信號要經(jīng)過(guò)PLL進(jìn)行倍頻。倍頻倍數N可設置為256或512，工作模式有兩種選擇，分別為模式0和模式1，通過(guò)MODE線(xiàn)選擇，均可設置為發(fā)射或接收，由STANDBY選擇工作模式或者待機模式，頻率方案可通過(guò)編程四個(gè)專(zhuān)門(mén)工作寄存器A,B,C,D靈活設置。它專(zhuān)門(mén)有供編程用的串行接口，分別是串行時(shí)鐘線(xiàn)CLOCK,數據線(xiàn)DATA,選通線(xiàn)STROBE，在CLOCK的每個(gè)上升沿將DATA數據線(xiàn)上的一位數據寫(xiě)入TRF6900的24位的移位寄存器，順序由高到低，最前面2，3位是地址位，在STROBE為高電平時(shí)寫(xiě)入相應的工作寄存器，其中A,B分別是模式0和模式1的頻率設置寄存器，而頻偏可由D來(lái)設置。

由于TRF6900不需要很多其它的外接電路，靈活編程的特點(diǎn)我們可根據要求靈活設置。本系統的發(fā)射和接收都采用FSK調制解調的方式，系統工作在430MHz的UHF頻段，采用頻分多址的方式，發(fā)射器和接收器是一對一的，每個(gè)發(fā)射器加玫拇?硎?0KHz,傳輸速率為9600kbps,在發(fā)射器的功率符合無(wú)線(xiàn)法規以及接收器的靈敏度足夠大的情況下，理論上傳輸距離可以達到十幾公里，由于各種損耗的原因，實(shí)際上可以達到四五百米。TRF4400射頻部分的電路如下圖3所示：