無線集散醫療監護系統的設計

無線集散醫療監護系統的設計

摘要：介紹一種能測量心電波、呼吸波、心率、呼吸率、體溫、脈率、血氧和血壓等多種生理參數的無線集散醫療監護系統。通過三個獨立的OEM模塊分別和一個具有控制、顯示和無線收發功能的模塊連接，實現上述參數的測量以及和上位機的信息交互。該方案設計的系統具有體積小、便于攜帶、分散控制、集中管理、開發周期短、性能可靠、易于維護、便于升級等優點。

多參數監護儀是臨床護理中的重要設備，該設備可以監測病人的心電、血壓、血氧飽和度、呼吸率、脈率和全溫等生理參數。目前，國內普遍使用帶有CRT或LCD顯示屏有便攜式監護儀，該儀器能夠進行實時的數據和波形顯示，并且操作比較靈活，因此主要用于協助醫生診斷和分析病人的病情。然而由于其體積較大、耗電量高（接220V交流電或內置電流），因此不便于病人隨身攜帶，更無法同時對多個病人進行監護。本文設計的無線集散醫療監護系統坷以彌補上述之不足。該系統由于采用三個獨立的OEM模塊進行生理參數測量，每個模塊分別和一個具有無線收發功能的控制顯示模塊相連構成獨立的裝置，因此每個模塊的耗電量大為減少，何種也相應減少。病人可以根據不同的需求選擇不同的模塊使用，每個模塊上的LCD顯示屏可以實現顯示測量信號是否正常。所有這些模塊都跟上位機進行無線信息交互，PC機可以給每個模塊注冊一個唯一的序列號，并可以訪問每個模塊的信息，對該信息進行存儲、分析、顯示、報擎等，這樣就非常方便地實現了許多模塊的擴展，即實現對這多個病人的實時監護。

1 系統結構及工作原理

該系統主要由硬件和軟件兩部分構成。硬件主要包括PC機和三種獨立的模塊，即心電模塊、血氧模塊和血壓模塊，這三種模塊都是由OEM模塊和控制顯示傳輸模塊組成。心電模塊主要用來測量心電、呼吸率、體溫等參數；血氧模塊主要用來測量血氧飽和脈率等參數；血氧模塊主要用來測量血氧飽和度和脈率等參數；血壓模塊用來測量血壓參數。軟件部分主要是上位機的中央監護軟件，包括數據庫部分和用戶界面。圖1是無線集散醫療監護系統的結構框圖。

圖1

圖1中，各OEM模塊都和PC機通過無線傳輸模塊進行串口通訊來交換信息。各OEM模塊采集的數據在PC機上進行處理后被存儲。用戶可以在中央監護軟件界面上選擇任意模塊查看實時采集來的數據或波形，軟件可對數據自動作出分析，發現異常及時發出報警信號。

2 各模塊功能與特點

2．1 控制顯示傳輸模塊

控制顯示傳輸模塊以Atmega161單片機為核心，外接WGM-12864圖形LCD模塊、按鍵和NRF903無線收發模塊。其電路結構如圖2所示。

Atmega161是Atmel公司生產的一款低功耗CMOS RISC的8位單片機，其具有1MIPS/MHz的性能，16K字節的FLASH，512字節的EEPROM，1K字節的存儲器，35個通用I/O口，32個通用工作寄存器，三個定時器，內外中斷源，兩個可編程的UART、SPI口以及三種可以通過軟件選擇的節電模式。

WGM-12864B模塊是單色圖形點陣液晶顯示模塊，點陣數為64×128。其8位數據線與Atmega161的PA口相連，D/I表示數據總線上的信號是點陣數還是控制命令字，R/W表示當前操作是讀或寫操作，E是使能控制端，RST是復位端，CS1、CS2是左右點陣區選端。PC1、PC2、PB1、PB0為功能選擇鍵，可以和LCD一起形成菜單方式的人機交互界面，控制相應的OEM模塊。在工作模式下LCD可以顯示從OEM模塊獲取的相關數據信息。

NRF903模塊是無線收發模塊。NRF903是NORDIC公司推出的單片無線收/發一體芯片，它采用Bluetooth（藍牙）核心技術設計，在一個32腳的芯片中包括了三段高頻發射、高頻接收、PLL合成、I/Q調制、I/Q解調、多頻道切換、異步通訊接口等，其編程接口CFG_CLK（配置寄存器時鐘）、CFG_DATA（配置寄存器數據）、CS（配置寄存器片選）分別和Atmega161的SPI口PB7（SCK）、PB5（MOSI）、PB4（SS）相連，可對工作頻率、通道、輸出功率和輸出時鐘頻率等參數進行編程設置。設置CS為高電平，來自單片機的14位控制字，在每個CFG_CLK編程模式時鐘信號的上升沿，將CFG_DATA端上的邏輯值寫入組態寄存器，編程信息被裝入，參數設置完成。STBY、PWR_DWN分別和Atmega161的PD6、PD5相連，可以設置為待機或掉電模式。數據接口DATA和Atmega161的一個UART1口相連，用來接收和發送數據。TXEN腳和PD7相連，用來控制數據的收發。

圖2

2.2 心電OEM模塊

心電OEM模塊采用北京邁創通元電子儀器有限公司的BT007七通道心電板。BT007能夠自動測量人體的心電波、呼吸波、心率、呼吸等、體溫等參數，具有如下特點：同步七通道心電波，四級程控增益，三級濾波方式（診斷方式、監護方式、手術方式），起博脈沖抑制功能，導聯脫落報警，心率范圍20～250BPM，抗除顫及電刀干擾，阻抗呼吸，呼吸率范圍5～99BPM；采用雙體溫測量，測量范圍為0～50℃，顯示精度0.1℃,測量精度0.2℃。與用戶的通訊接口與UART串口通訊方式，內部有兩種通訊協議：同步三通道心電協議與同步七通道心電協議，可以通過跳線選擇。同步三通道心電協議的特點為：19200波特率，8位數據，1個起始位，一個停止位，無奇偶校驗位；同步七通道心電協議的特點為：28800波特率，8位數據，1個起始位，一個停止位，無奇偶校驗位。可以通過MCU向該模塊發送控制字，控制心電增益、濾波方式等；心電板向MCU傳送的數據，以1個字節數據頭加若干字節數據為一組，成組發送，其中數據頭為251～254，數字字節為0～250。MCU可以對這些數據進行歸類存儲、分析、顯示并實時傳送給PC機。

2.3 血氧OEM模塊

血氧OEM模塊采用北京邁創通元電子儀器有限公司的DIGISAT脈搏血氧模塊。該模塊通過TTL電平的UART口與MCU進行通訊。它可以提供如下數據：動脈血氧飽和度、脈率、體積掃描圖、棒圖、信號強度和狀態信息。它的通訊協議和BCI通訊協議兼容，數據傳送波特率為4800bps，傳送格式為：8位數據 奇偶傳送波特率為4800bps，傳送格式為：8位數據 奇偶校驗位 1個停止位。每秒鐘向MCU發送60個數據包，每個數據包為5個字節。

2.4 血壓OEM模塊

血壓OEM模塊采用北京邁創通元電子儀器有限公司的BTN60

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