便攜式心電監護系統的設計與解決方案

　　心電圖(ECG)是心臟疾病診斷的重要手段。常規心電圖是病人在靜臥情況下由醫院的心電圖儀記錄的短時(shí)間心電活動(dòng)，由于心臟病發(fā)作帶有很大的偶然性和突發(fā)性，所以在非發(fā)作期做常規心電圖檢查獲取疾病信息的幾率很低。因此，將心電監護從病床邊、醫院內擴展到家中，實(shí)現實(shí)時(shí)遠程監護具有重要的現實(shí)意義。

　　互聯(lián)網(wǎng)尤其是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的迅速普及促使嵌入式技術(shù)應用的條件日趨成熟，此外，心電監護對心臟病診斷的重要性也使得遠程監護也具有現實(shí)的可能性。

　　本文主要研究并設計了一套實(shí)用的便攜式移動(dòng)心電監護系統。通過(guò)該系統可以隨時(shí)隨地將患者的心電信號通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )無(wú)線(xiàn)發(fā)送到設在醫院的PC機上，或者將心電數據先存儲在本系統中，然后再通過(guò)USB實(shí)現高速回放。

　　一、系統的總體設計

　　本文所設計的便攜式移動(dòng)心電監護系統由心電監護儀、通信網(wǎng)絡(luò )和監護中心三部分組成(如圖1所示)。其工作過(guò)程如下：

　　圖1：便攜式心電監護系統總體框圖。

　　心電監護儀由患者隨身攜帶，通過(guò)粘貼式電極可隨時(shí)采集用戶(hù)的心電數據，并進(jìn)行放大、濾波、A/D轉換，然后存儲到串行閃存中。當存儲一定時(shí)間的心電數據后，可以通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)，利用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )將數據傳送給位于監護中心的上位機。也可通過(guò)USB直接連接到上位機，進(jìn)行本地高速回放。

　　本文將重點(diǎn)介紹心電監護儀的設計。由于是便攜式設備，所以設計時(shí)必須考慮盡量降低功耗、體積和成本。經(jīng)過(guò)反復地分析比較，最終決定采用Z-World公司的工業(yè)級控制芯片Rabbit3000微處理器作為心電監護儀的主芯片。

　　盡管Rabbit3000是8位微處理器，但其內存空間可達1M，主頻可達22M。它具有豐富的接口資源，共有40條并行I/O口線(xiàn)(與串行口共用)。此外，該器件的功耗非常低，處理器時(shí)鐘可由32.768KHz振蕩器驅動(dòng)，并將主振蕩器斷電。此時(shí)電流約為100μA，而處理器仍能保持每秒10,000條指令的執行速度。

　　二、系統硬件設計

　　在進(jìn)行總體硬件設計時(shí)，以Rabbit3000高性能微處理器為核心，利用外部接口擴展了512K的并行Flash和512K的SRAM，存儲空間達到 1M，并擴展了USB接口。利用串行接口擴展了串行Flash、A/D轉換和無(wú)線(xiàn)模塊MC35。以下重點(diǎn)介紹無(wú)線(xiàn)模塊和USB模塊的硬件設計。

　　1. 無(wú)線(xiàn)模塊MC35硬件設計

　　無(wú)線(xiàn)模塊負責完成心電數據的無(wú)線(xiàn)傳送。為實(shí)現此功能，本系統采用了西門(mén)子公司的MC35模塊。這是西門(mén)子公司首款支持GPRS的GSM/GPRS模塊，體積小巧，易于集成到便攜式終端中。通過(guò)串行口連接，使用AT命令對該模塊進(jìn)行控制和數據傳送。

　　西門(mén)子公司的MC35模塊具有一個(gè)40腳的零插入力連接器，該連接器中提供了串行接口、音頻接口、SIM接口、狀態(tài)引腳、電源接口等接口，通過(guò)這些接口與 SIM卡座、天線(xiàn)以及主控制器相連。MC35的串行接口TXD0和RXD0與Rabbit3000的串口B，即引腳TXB和RXB(PC4和PC5)相連，以實(shí)現與MC35之間的通信。MC35的IGT引腳為其啟動(dòng)引腳，需要開(kāi)漏極驅動(dòng)器驅動(dòng)。而Rabbit3000的端口E具有很強的驅動(dòng)能力，因此選用PE5作為MC35的啟動(dòng)控制線(xiàn)。在MC35的電源接口中有電源輸入引腳、電源輸出引腳和充電引腳，其中充電引腳可用來(lái)給電池充電。本系統采用電池供電或外部充電。如圖2所示。

　　設計時(shí)需注意的兩點(diǎn)是：本系統使用電池供電，由于MC35在上行傳輸需提供2A的峰值電流，這會(huì )引起電壓突然下降，因此設計電路時(shí)要加足夠大的電容，以防電壓突然下降;在SIM卡電路設計時(shí)，需要注意電磁兼容性的問(wèn)題，否則會(huì )影響MC35的通信效果，甚至導致MC35無(wú)法正常工作。

圖2：MC35模塊硬件連接圖。