基于ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感心電圖監視儀設計

本文設計了基于ZigBee 無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的家庭遠程醫療監護器，通過(guò)基于A(yíng)RM7核的LPC2478提供的集成LCD支持將圖像顯示出來(lái) ，同時(shí)將信號存儲在SD卡上，并通過(guò)10/100以太網(wǎng)傳輸給醫院，醫院反饋信息并將其顯示在LCD上，同時(shí)社區診所的協(xié)調器網(wǎng)關(guān)把診斷結果無(wú)線(xiàn)返回給相應的家庭并在家庭LCD上顯示出來(lái)，用戶(hù)可以將結果傳輸到家庭計算機上進(jìn)行存儲。該設計可以方便地構建健康檢測網(wǎng)絡(luò )，不用復雜的操作便可以得到醫生的診斷，十分適合家庭用戶(hù)的使用。

　　系統實(shí)現

　　該系統中的傳感器用來(lái)檢測心電圖的微弱信號，再經(jīng)過(guò)放大濾波等調理之后進(jìn)行編碼，然后通過(guò)ZigBee無(wú)線(xiàn)模塊發(fā)送到基于A(yíng)RM和ZigBee協(xié)調器模塊的網(wǎng)關(guān)，通過(guò)外圍接口發(fā)送到上位機進(jìn)行顯示處理，然后通過(guò)以太網(wǎng)傳送給社區診所，診所再將每個(gè)人的信息通過(guò)ZigBee無(wú)線(xiàn)模塊返回給各自的家庭，并在LCD上顯示醫院反饋的處理信息。通過(guò)合理選擇芯片能夠實(shí)現低功耗、低成本，檢測微弱的心電圖波形變化。

　　技術(shù)特點(diǎn)

　　1. 利用LPC2478可以實(shí)現多種高帶寬外設同步操作進(jìn)行信息處理并實(shí)時(shí)顯示。

　　2. 采用基于CC2430的ZigBee無(wú)線(xiàn)傳輸，低成本、低功耗、自組網(wǎng)能力強、傳輸可靠、體積小、易攜帶。

　　3. 社區診所可以存儲整個(gè)社區業(yè)主的診斷結果，可以針對各業(yè)主的診斷結果進(jìn)行必要的提醒、預防，有效降低發(fā)病率。

　　4. 用戶(hù)可以將診斷結果存儲在家庭計算機上，方便備用。

　　硬件平臺

　　嵌入式無(wú)線(xiàn)傳感心電圖監視儀硬件部分主要包括主控、電源及復位、LCD顯示屏、ZigBee協(xié)調器、ZigBee路由器、ZigBee端點(diǎn)、傳感器及放大濾波調理電路、SD卡存儲、10/100以太網(wǎng)等9個(gè)功能模塊。硬件設計框圖如圖1所示。

主控模塊

　　該模塊采用了基于A(yíng)RM7TDMI-S內核的LPC2478微控制器，其功能強大、性?xún)r(jià)比高，含有一個(gè)LCD控制器，支持10/100以太網(wǎng)、全速(12Mbps)USB2.0、USB OTG和2個(gè)CAN2.0B通道，4個(gè)UART，1個(gè)SPI接口，2個(gè)同步串行接口(SSP)，3個(gè)I2C和1個(gè)I2S接口，帶有片上高速512KB的 Flash、98kB的RAM、一個(gè)外部存儲器接口、10位A/D和D/A轉換器、一個(gè)內部RC振蕩器和一個(gè)SD 存儲卡接口，從而消除了通信帶寬瓶頸，方便擴展USB接口、JTAG調試接口、觸摸屏，外擴芯片少，而且采用超小的LQFP208封裝，使得儀器的微型化得到了保證，其強大的功能能夠滿(mǎn)足嵌入式系統mC/OS—II及人性化的人機界面的要求。LPC2478非常適合便攜式電子產(chǎn)品應用。

　　ZigBee模塊

　　在CC2430芯片上整合了ZigBee射頻(RF)前端、內存和微控制器，其增強的8051MCU核的性能是工業(yè)標準8051微控制器內核性能的8倍;具有32/64/128 kB可編程閃存和8 kB的RAM;還含有8輸入通道8～14 bit可選的模/數轉換器(ADC)、4個(gè)定時(shí)器;帶有2個(gè)強大的支持幾組協(xié)議的USART;較寬的電壓范圍(2.0～3.6 V);硬件支持CSMA/CA功能;在休眠模式下僅0.9mA的電流損耗，外部中斷或RTC能喚醒系統，在待機模式下電流損耗低于0.6mA，外部中斷能喚醒系統;集成符合IEEE802.15.4標準的2.4GHz的RF無(wú)線(xiàn)電收發(fā)機;具有優(yōu)良的無(wú)線(xiàn)電接收靈敏度和強大抗干擾性;集成度高，所需外圍器件少;擴展板包含有串口和LCD顯示器等，用于數據串行傳輸和數據顯示。信號采集與調理

　　采用低功耗、高精度的儀表放大器AD620作為前置放大器的核心器件。AD620具有高精度、高輸入阻抗、低輸入偏置電流、低輸入失調電流、低噪聲、低功耗、體積小等特點(diǎn)，非常適合應用于醫療儀器系統。低通濾波器電路采用巴特沃斯四階濾波器TLC04，該器件成本低、易使用，提供精密的四階低通濾波器功能。緩沖器為一個(gè)同相電壓跟隨器，其作用是為了提高系統輸入阻抗和共模抑制比。限波器采用雙T帶阻濾波器，用來(lái)濾除50Hz的工頻干擾。主級放大器采用滿(mǎn)電源輸出幅度四運算放大器TLC2274，它提供優(yōu)秀的AC性能，且提供比普通CMOS運放更低的噪聲、低輸入失調電壓和低功耗性能。

　　ZigBee路由節點(diǎn)的程序流程圖如圖2所示。

數據處理及顯示描述

　　本設計采用差分閾值法檢測QRS波，其基本思想是：對濾波后的 ECG 信號進(jìn)行差分運算，求出差分的閾值以確定 QRS 波形的下降沿，再根據一定的時(shí)間窗和幅度閾值來(lái)確定QRS 波的特征點(diǎn)。

　　采用掃描式心電描記法，其主要原理是：從左到右畫(huà)點(diǎn)，依次顯示出相應的位置，同時(shí)新的點(diǎn)又將原來(lái)的點(diǎn)覆蓋掉，中間有一段緩沖區刷掉舊點(diǎn)。畫(huà)到最右端時(shí)，又從最左端畫(huà)下一幅圖，并且一直重復下去。上位機顯示波形圖如圖3。

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