基于GPRS的多參數(shù)移動(dòng)監(jiān)護(hù)儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘  要:采用GPRS技術(shù)，W78E58B微處理器作為控制核心，研制一種便攜式多參數(shù)移動(dòng)監(jiān)護(hù)儀，可以實(shí)時(shí)測(cè)量心電、心率、血壓、體溫以及血氧飽和度，具有數(shù)據(jù)分析、異常報(bào)警功能，并可通過(guò)GPRS將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)護(hù)中心。

關(guān)鍵詞:GPRS,移動(dòng)監(jiān)護(hù),多參數(shù)

1 前言

隨著社會(huì)的發(fā)展和生活水平的提高，人們對(duì)生活質(zhì)量也提出了更高的要求。近年來(lái)，移動(dòng)醫(yī)療是遠(yuǎn)程醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。移動(dòng)醫(yī)療對(duì)戶(hù)外病人進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)，并把數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地發(fā)送到社區(qū)醫(yī)院的監(jiān)護(hù)中心，同時(shí)病人還可以享受醫(yī)療信息平臺(tái)提供的各種醫(yī)療服務(wù)[1,2]。因此，具有無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信功能的監(jiān)護(hù)和急救系統(tǒng)在臨床中發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。

GPRS在移動(dòng)用戶(hù)和遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（如TCP/IP、X125等網(wǎng)絡(luò)）之間提供一種連接，從而給用戶(hù)提供高速無(wú)線(xiàn)IP和無(wú)線(xiàn)X125業(yè)務(wù)。GPRS有其無(wú)可比擬的優(yōu)越性，它采用分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶(hù)可同時(shí)占用多個(gè)無(wú)線(xiàn)信道，同一無(wú)線(xiàn)信道又可以由多個(gè)用戶(hù)共享，因此信道資源被有效地利用。利用GPRS技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分組發(fā)送和接收，用戶(hù)可以永遠(yuǎn)在線(xiàn)，且費(fèi)用按數(shù)據(jù)流量計(jì)算，而與通信時(shí)長(zhǎng)無(wú)關(guān)，這樣可以使得服務(wù)成本大大降低，減輕了用戶(hù)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[3]。本文介紹一種基于GPRS技術(shù)研制的便攜式多參數(shù)移動(dòng)監(jiān)護(hù)儀，可實(shí)時(shí)檢測(cè)人體的心電信號(hào)、心率、血氧飽和度、無(wú)創(chuàng)血壓、呼吸頻率和體溫等重要參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各參數(shù)的監(jiān)督報(bào)警、信息存儲(chǔ)和傳輸。本監(jiān)護(hù)儀具有覆蓋范圍廣、成本低、永遠(yuǎn)在線(xiàn)等特點(diǎn)，特別適用于戶(hù)外急救。

2  系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

移動(dòng)監(jiān)護(hù)儀（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示）移動(dòng)單元的硬件設(shè)計(jì)建立在Winbond公司的W78E58B單片機(jī)的基礎(chǔ)上，通過(guò)擴(kuò)展外圍電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生理參數(shù)數(shù)據(jù)的采集、鍵盤(pán)操作、生理參數(shù)LCD顯示、自動(dòng)報(bào)警、GPS信息獲取以及與監(jiān)護(hù)中心無(wú)線(xiàn)通信等功能。

圖1 移動(dòng)監(jiān)護(hù)儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 信號(hào)調(diào)理模塊：該模塊主要由心電、血氧、體溫、血壓模塊的傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路組成。信號(hào)調(diào)理電路主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大、濾波、陷波等處理，然后送入12位的AD574進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到的數(shù)字信號(hào)從串口進(jìn)入單片機(jī)。

2.2 報(bào)警電路模塊：監(jiān)護(hù)儀把實(shí)時(shí)采集的信號(hào)進(jìn)行分析，結(jié)果與設(shè)定閥值比較，實(shí)現(xiàn)監(jiān)督報(bào)警。用戶(hù)收到報(bào)警信號(hào)后，操作鍵盤(pán)將異常信號(hào)通過(guò)GPRS送到監(jiān)護(hù)中心進(jìn)行分析。

2.3 液晶顯示模塊：采用G191液晶模塊，點(diǎn)陣數(shù)為192×128，點(diǎn)尺寸為0.33×0.33mm,點(diǎn)距為0.04mm，驅(qū)動(dòng)電源為＋5V和－20V。液晶控制器采用SED1335，該控制器用于接收來(lái)自單片機(jī)的各種指令和數(shù)據(jù)，產(chǎn)生相應(yīng)的時(shí)序?qū)σ壕�屏進(jìn)行控制顯示。

2.4 GPS模塊：GPS采用GARMIN公司GPS25－LVS系列OEM模塊，是目前應(yīng)用最廣泛的GPS接收處理板之一，采用單一5V供電，內(nèi)置保護(hù)電池，NMEA 0183 2.0格式輸出，默認(rèn)波特率為4800，1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)。

2.5 GPRS模塊：當(dāng)用戶(hù)處于異常狀況時(shí)，監(jiān)護(hù)儀通過(guò)GPRS向監(jiān)護(hù)中心發(fā)送異常信號(hào)。GPRS 模塊通過(guò)串口與單片機(jī)通訊，以完成數(shù)據(jù)收發(fā)、控制等功能。儀器向GPRS Modem（工作原理如圖2所示）所示發(fā)送工作指令和數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)經(jīng)IP模塊進(jìn)行TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換，打成IP數(shù)據(jù)包，由MC35模塊以GPRS數(shù)據(jù)包形式發(fā)送出去，該模塊內(nèi)置西門(mén)子公司的MC35模塊、IP模塊[4]。

圖2  GPRS Modem 工作原理

3  系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

采用混合編程方式編寫(xiě)系統(tǒng)程序，主程序采用C語(yǔ)言，各子程序采用匯編語(yǔ)言，主程序主要完成各模塊的初始化，分配協(xié)調(diào)各模塊使用系統(tǒng)資源，按鍵檢測(cè)以及控制報(bào)警，各子程序分別實(shí)現(xiàn)各自相對(duì)獨(dú)立功能，系統(tǒng)控制流程如圖3所示。

圖3  系統(tǒng)控制流程

由于人體生理信號(hào)變化緩慢，為了確保數(shù)據(jù)采集的高精度和準(zhǔn)確性，數(shù)據(jù)采集程序進(jìn)行多通道、多采樣點(diǎn)的流程設(shè)計(jì)[5]。液晶顯示心電波形時(shí)，橫軸代表時(shí)間，每1mm代表0.04s（標(biāo)準(zhǔn)走紙速度25mm/s），縱坐標(biāo)代表波形幅度大小，每1mm代表0.1mv。還需要注意的是，為了消除LCD顯示圖形的間斷現(xiàn)象，我們采用如下處理方法：根據(jù)前后采樣點(diǎn)幅值差來(lái)調(diào)用向上畫(huà)線(xiàn)和向下畫(huà)線(xiàn)程序，若y(i)表示前一個(gè)采樣點(diǎn)幅值，y(i+1)表示后一個(gè)采樣點(diǎn)幅值，當(dāng)y(i+1)>y(i),調(diào)用向上畫(huà)垂線(xiàn)子程序；當(dāng)y(i+1)<y(i)，調(diào)用向下畫(huà)垂線(xiàn)子程序，當(dāng)y(i+1)＝y(tǒng)(i)，調(diào)用畫(huà)水平線(xiàn)子程序。若相鄰兩列間隔大于2點(diǎn)，則把兩點(diǎn)間所有點(diǎn)“點(diǎn)亮”。為了能動(dòng)態(tài)顯示，每隔一定時(shí)間間隔，將顯示緩沖區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的左邊15個(gè)點(diǎn)波形數(shù)據(jù)清除，其余波形左移15個(gè)點(diǎn)，并在右邊加上15個(gè)新采集的心電數(shù)據(jù)點(diǎn)，反復(fù)循環(huán)，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)刷新顯示的效果。下面給出液晶模塊繪點(diǎn)子程序：

W_DOT: MOV A,O_YL ; Y坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算

MOV B,#20h

MUL AB

MOV O_YL,A ; O_YL存地址低8位

MOV A,B

XCH A,O_XH ; O_XH存地址高8位

PUSH ACC ; 存D7標(biāo)志位

CLR ACC.7 ; 清D7位

MOV B,#20H ; X坐標(biāo)高位轉(zhuǎn)換計(jì)算

MUL AB

ADD A,O_YL

MOV O_YL,A

MOV A,B

ADDC A,O_XH

MOV O_XH,A

MOV A,O_XL ; X坐標(biāo)低位轉(zhuǎn)換計(jì)算

MOV B,#08H

DIV AB

ADD A,O_YL ; 商與地址累加計(jì)算

MOV O_XL,A ; O_XL存地址低8位

MOV A,O_XH

ADDC A,#40H ; 加入顯示二區(qū)起始地址值

MOV O_XH,A

CLR A ; 確定要設(shè)置點(diǎn)的位置

SETB C

INC B ; B為余數(shù)= 點(diǎn)位置

W_DOT1: RRC A ; 確定點(diǎn)位置

DJNZ B,W_DOT1

MOV O_YL,A ; O_YL存點(diǎn)數(shù)據(jù)

MOV COM,#46H ; 設(shè)置光標(biāo)地址

LCALL  PR1;PR1為寫(xiě)指令子程序

MOV DAT1,O_XL

LCALL  PR2;PR2為寫(xiě)參數(shù)子程序

MOV DAT1,O_XH

LCALL  PR2

MOV COM,#43H ; MREAD 代碼

LCALL  PR1

POP ACC

MOV C,ACC.7

LCALL  PR3 ; 讀取當(dāng)前顯示數(shù)據(jù)

MOV A,DAT1

JNC W_DOT2 ; 消點(diǎn)則轉(zhuǎn)

ORL A,O_YL ; 繪點(diǎn)

LJMP W_DOT3

W_DOT2: XCH A,O_YL ; 消點(diǎn)

CPL A

ANL A,O_YL

W_DOT3: MOV O_YL,A ; 存合成數(shù)據(jù)

MOV COM,#46H ; 重新設(shè)置光標(biāo)地址

LCALL  PR1

MOV DAT1,O_XL

LCALL  PR2

MOV DAT1,O_XH

LCALL  PR2

MOV COM,#42H ; MWRITE 代碼

LCALL  PR1

MOV DAT1,O_YL

LCALL PR2

RET

監(jiān)控中心主要由監(jiān)控臺(tái)和信息管理系統(tǒng)組成。監(jiān)控臺(tái)基于Labview平臺(tái)構(gòu)建，主要功能是通過(guò)GPRS模塊和IP綁定技術(shù)接收、處理、保存來(lái)自移動(dòng)單元的數(shù)據(jù)，并將當(dāng)前同監(jiān)護(hù)中心連接的用戶(hù)的生理數(shù)據(jù)顯示出來(lái)供醫(yī)生參考[6]。信息管理系統(tǒng)主要由電子病歷系統(tǒng)構(gòu)成，主要包含信息錄入、查詢(xún)及信息統(tǒng)計(jì)、分析等功能，為醫(yī)生對(duì)病人的資料進(jìn)行管理提供方便。

試驗(yàn)結(jié)果表明，便攜式多參數(shù)移動(dòng)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)能實(shí)時(shí)對(duì)用戶(hù)進(jìn)行生理信號(hào)顯示并傳送到監(jiān)護(hù)中心，供醫(yī)務(wù)人員分析、診斷，使人們“足不出戶(hù)”就可享受高水平醫(yī)療服務(wù)。監(jiān)護(hù)中心操作界面如圖4所示,圖中波形分別為心電、血脈和呼吸波形（從上到下，從左到右）。

圖4 監(jiān)護(hù)中心操作界面

4        小結(jié)

隨著移動(dòng)通信的迅速發(fā)展，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)需求不斷增長(zhǎng)和對(duì)生活質(zhì)量需求的不斷提高，這種基于GPRS的移動(dòng)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)勢(shì)必具有更為廣泛的發(fā)展前景。本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：移動(dòng)監(jiān)護(hù)儀采用當(dāng)前流行的GPRS通信技術(shù)，當(dāng)病人在室外活動(dòng)時(shí)，可把實(shí)時(shí)的生理信號(hào)、GPS地理信息通過(guò)GPRS發(fā)送到醫(yī)院服務(wù)器，從而達(dá)到移動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)的功效，使監(jiān)護(hù)中心能及時(shí)找到用戶(hù)的當(dāng)前地理位置，從而使病人得到及時(shí)救治。監(jiān)護(hù)中心采用美國(guó)國(guó)家虛擬儀器公司（NI）的Labview作為軟件平臺(tái)，界面友好、使用方便、操作簡(jiǎn)單；利用數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)電子地圖和電子病歷進(jìn)行管理，有助于對(duì)病人進(jìn)行有效的健康監(jiān)護(hù)，提高病人的生活質(zhì)量和健康水平；移動(dòng)監(jiān)護(hù)單元采用W78E58B單片機(jī)控制，使成本得到了降低，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

參考文獻(xiàn)

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2.       吳效明，吳凱，岑人經(jīng)等.多參數(shù)心臟功能遠(yuǎn)程檢測(cè)系統(tǒng)的研制.醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2004(4)：17～18
3.         陳廣飛.基于GPRS的無(wú)線(xiàn)移動(dòng)醫(yī)療設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2004(12)：7～8
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5.       Zach S.Telemedicine overview and summary.Electrical Electron ics Engineers is Israel,1996.409
6.       吳凱,吳效明.多生理參數(shù)遠(yuǎn)程虛擬檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn). 微計(jì)算機(jī)息.2006,01(1):145,146,179