基于GPRS的远程心电监控终端的设计.doc

基于GPRS的远程心电监控终端的设计摘要远程医疗是采用通信技术为远离医院的患者或用户提供医疗、保健和咨询的服务系统。而远程监护(Telemonitoring)和家庭护理技术(Home Health Care, HHC)则是近年来远程医疗非常重要的一个研究领域，也是一个相对薄弱的研究领域。由于心脏病和高血压的发作具有突发性和危险性的特点，一般将心电图信息的远程监护和报警作为家庭监护的一个重要应用。本论文开发的基于GPRS模块的远程心电监护终端是一种集实时监测、本地显示、短信报警、接受医嘱信息的新型移动监控终端。本论文设计的远程心电监控终端主要由STM32处理器，GPRS无线传输模块，3.2寸液晶显示屏构成。系统实现了病人危急情况时心电信息的传输(SMS方式)和随后由主治医师回发医嘱信息的接收（SMS方式），并在液晶屏上显示医嘱信息内容，方便现场医护人员处理病人病情。该系统理论上实现了心电监控终端所需要的数据发送与接受以及显示的功能需求，达到了设计要求。关键字：嵌入式 心电监控 ARM 短消息服务Remote ECG monitoring terminal based on GPRS ABSTRACTTelemedicine is one kind of service system that uses communication technology to provide cure, health care and consultation for remote patient. Telemonitoring and Home Health Care (HHC) is important but relatively weak research field of the telemedicine. Because cardiopathy and hypertension have characteristics of abruptness and dangerousness, generally, telemonitoring of ECG is thought as important application of HHC. This paper the development of remote ECG monitoring terminal based on GPRS module is a set of real-time monitoring, the local display, alarm message, your doctor information new mobile monitoring terminals.This thesis is the design of remote ECG monitoring terminal of STM32 processor GPRS wireless transmission module, 3.2-inch LCD screen. The system of information transmission of ECG in patients with critical situations (SMS) and followed the doctors advice to accept (SMS mode), and displayed on the LCD screen of your doctor information content, and facilitate on-site medical staff to deal with the patients condition. Experimental conditions, the patient ECG data have been instituted to set. The system is theoretically realized the need for ECG monitoring terminal data to send and receive and display the functional requirements, meet the design requirements.KEY WORDS：Embedded ECG monitoring ARM short message service目录基于GPRS的远程心电监控终端的设计IRemote ECG monitoring terminal based on GPRSII1 绪 论11.1课题研究背景11.2课题研究内容11.3课题研究的意义22 远程医疗和心电监控现状32.1 远程医疗和心电监护32.1.1 远程医疗的发展历程32.1.2 心电远程监护42.2 心电远程监护研究的现状42.2.1 国内心电监护系统介绍42.2.2 现有监护系统的不足之处53 开发环境介绍及配置63.1 RealView MDK开发环境介绍63.2 软件调试步骤64 监控终端整体架构设计104.1 嵌入式ARM平台104.1.1CPU芯片114.1.2 USART124.1.3 TFT LCD154.2 GPRS模块185 数据无线传输205.1 GPRS简介205.2 SMS功能实现215.2.1 SMS工作原理215.2.2 SMS实现步骤216 系统程序设计236.1程序主体流程图236.2心电数据的获取246.3串口及GPRS模块短信服务的配置246.3.1 串口初始化256.3.2 GPRS模块短信服务设计276.4 TFT-LCD显示程序设计286.4.1 液晶屏主要显示函数设计317 全文总结及研究展望337.1 本文的主要结论337.2 研究展望33参考文献34致 谢35毕业设计（论文）知识产权声明36毕业设计（论文）独创性声明37附录381 绪 论 1.1课题研究背景随着时代的发展，人口老龄化进程加快，各种慢性疾病在中青年人群中肆虐和衍生，人们健康意识和保健要求日益增强，这一切推动了医疗模式从以症状治疗为中心的模式向以预防为主、早诊断、早治疗的模式转变。医疗仪器开始了从复杂的、应用于医院的大型医疗设备，到既适用于医院又适用于家庭和个人的小型穿戴式甚至是植入式的装置的改变。得益于此穿戴式医疗仪器发展起来，它具有生理信号检测和处理、信号特征提取和数据传输等功能，可以实现对人体的无创监测、诊断和治疗;具有可移动操作、使用简便、支持长时间连续工作、智能显示诊断结果、异常生理状况报警和无线数据传输等特点。远程医疗(M-Health)具备穿戴式医疗研究的各项特性，是穿戴式医疗的发展方向，是基于生物医疗、计算机科学、通讯技术等多学科将移动计算、医学传感以及通信技术等密切结合的一种新兴医疗保健模式。无线通讯技术及网络技术的发展，使得穿戴式医疗仪器向远程医疗的发展成为可能。同时，微处理器技术的快速发展为穿戴式医疗实时性控制、系统优化、使用寿命寿命、以及系统安全与可靠性提高等研究方向提供了支持。与传统8/16位单片机为控制核心相比，嵌入式微处理器具有低功耗、片上资源丰富、应用广泛和性价比高等特点，能更好地满足现今医疗仪器高性能、低功耗等要求，其操作系统平台的支持能为穿戴式医疗向远程医疗发展提供最好的保障。无线网络技术及嵌入式技术的突破性进展刺激了远程医疗示范性项目的开展，采用嵌入式技术与无线网络技术结合的远程医疗解决方案将成为继HIS(医院信息系统)与CIS(临床信息系统)之后医疗信息化产业的又一个建设高潮。1.2课题研究内容本课题主要以嵌入式技术为核心，研究设计远程心电监控终端，重点研究了远程信息传输和本地显示的实现。综合性能及成本考虑，使用意法半导体STM32F107VCT6微处理器，SIM900A为GPRS无线传输模块，监控终端显示部分由一块3.2寸的TFT LCD实现。1.3课题研究的意义远程医疗是目前医学工程领域中的研究热点，能够解决我国地广人多、医疗水平发展不均衡的问题。发展远程医疗必然产生对远程医疗设备的需求。因此，研究开发可方便穿戴、实用化的远程医疗设备具有重要意义。结合嵌入式技术的远程医疗打造的这个医疗环境使使用者在不妨碍日常工作和生活的情况下随时随地地监测生理状况，从而实现疾病的早发现、早诊断和早治疗，不仅能提高医护效率，还让患者享受到更满意的健康服务。2 远程医疗和心电监控现状2.1 远程医疗和心电监护目前医疗护理的新型科技分为三种:生物科技(基因改变)、纳米科技(植入芯片)和信息通信(远程医疗)。其中远程医疗因为其市场条件的需要，正迅速发展并逐渐产业化。在高达10亿人遭受一些慢性疾病困扰的今天，许多人或为经济的原因或为提高生活质量关注参与了远程医疗的研究，这推动了远程医疗的快速发展。而且随着我国医疗体制改革的不断深入，传统的以医院为中心的医疗模式正逐步转变为以家庭为单元的社区医疗模式，远程医疗和远程监护也随之越来越受到人们的重视。同时，越来越多的医院开始了“随时随地”远程医疗的探索，北电网络(Nortel)、微软、IBM、MOTOROLA等世界500强中的IT巨头更是聚集于此地。2.1.1 远程医疗的发展历程远程医疗（Telemedicine）指利用通信与信息技术手段为异地对象提供检测、监测、治疗、教育、信息服务的医疗活动。早在1905年 Eindhoven 等人就利用电话进行心电图传输实验，但真正实用的远程医疗在通信技术发展以后才出现。远程医疗的发展分为四个阶段：初始阶段，交流阶段，革新阶段和热潮阶段。初始阶段是20世纪60年代末，当时美国航空航天局（NASA）为了监测在航天飞行执行任务的宇航员的生命指标建立了一套远程监测系统；第二阶段起始于采用电话作为信息交流主要方式的时期；第三阶段在70年代开始，经历了20年，此时一些发达国家纷纷立项研究远程医疗的工作模式及可行性，以此解决医疗资源不均衡和医疗费用持续上涨两大难题；第四阶段始于 90 年代，以信息联网为标志。在所有的远程医疗研究中，较早的并取得较大成效的有mobile telemedicine testbed项目，这个由美国马里兰州大学医学中心与TRW公司合作的远程医疗项目起始于1996年，构建了对中风病人实现实时监视的移动救护车系统。项目第一阶段就实现了移动中的救护车与医生办公室的计算机之间双向音频与视频通讯。在mobile telemedicine testbed项目的基础之上，希腊帕特雷大学GJ.Manden0S与里恩大学医院N.Lazarou等人根据其国情合作为救护车设计了一种新型远程医疗系统，这个系统是欧盟INNACT-RWGR&D研发计划行动调整产生的。采用的技术包括GIS、GPS、IEEE802.11及GSM手机。整个远程医疗系统的操作由里恩大学医院的损伤传送中心控制，为每个急救单元配备GPS设备，通过GPRS技术实现急救车位置信号的传输再由中心实施控制管理。而伴随着移动通信技术的发展，巴西Paran天主教大学Figueredol等人研究了为家庭保健与病人监控的远程医疗系统。整个系统采用C/S架构，服务器端位于医院内部用于数据存储分析等，客户端为监控器用于采集数据。客户端采用RS 232标准接口与移动电话连接实现生理参数数据采集，再由移动电话网络连接Internet传送数据。同时，国内一些重点高校如清华大学、西安交通大学、山东大学、重庆大学和台湾各大学也对于远程医疗的应用实现做出了研究，获得了一些成就。2.1.2 心电远程监护心脏病是威胁人类生命的严重疾病，随着人们生活节奏的加快以及工作压力的增加，心脏病的发病率不断增加。据统计美国每年有超过40万人死于心律不齐，其中10万人死于心肌梗塞。而我国心脏病患者超过2000万，每年有107万人死于心脏病。心脏病的发作具有随机性和危险性，心脏病患者需长期关注自己的心脏状况，定期或随时请求医生的帮助。因此，建立有效地延伸到医院以外的远程监护及救护体系，是提高心血管疾病防治水平的有效途径。我国远程监护所依赖的硬件条件正逐步的得到改善，移动通信技术、公用计算机通信网络的普及为监护从医院走向家庭提供了有力的技术支撑、展示了广阔的前景。2.2 心电远程监护研究的现状2.2.1 国内心电监护系统介绍心脏疾病的监测已引起国内不少研究单位和企业的重视，并已研制出了心电Holter、心电 BP 机和心电实时监护系统等设备。1）心电 Holter心电 Holter 是一种记录装置，可长时间连续记录病人的动态心电信号，记录信号最后由用户带到医院通过专门的设备进行回放、显示和分析。Holter 型监护设备具有连续记录、记录时间长的优点。2）心电BP机心电BP机是一个类似 BP 机大小的心电监护设备，能记录下数分钟的心电信号。当用户感觉不适时，可通过电话经声耦合方式将心电信号传输到医院。心电BP 机为心脏病患者救护提供一种有效的途径。3）心电实时监护系统心电实时远程监护系统是针对心电Holter和心电BB机缺乏实时监测功能而研究的一种心电远程监护设备。它一般由心电检测单元和远程通信单元构成，心电检测单元把检测到的心电信号通过有线或无线方式发送到通信单元。通信单元对心电信号进行处理，一旦发现异常则通过电话线或网络将心电图上网传给医院。这类设备典型的产品有清华大学研制的心电/血压监护网系统。2.2.2 现有监护系统的不足之处虽然近年来远程监护技术与设备的研究已取得了较大的发展，但还存在很多不足之处。心电 Holter 只能对心电信号进行记录，没有任何分析功能，更不具备远程传输能力，使用者在使用后，必须每天回到医院，由专用设备读取、回放、分析。因此，严格来说它还不是一种真正意义上的远程心电监护设备。心电BP机虽试图做到及时救治，但它必须要有患者参与，整个发病报警过程需通过按下仪器的“记录”键；走到电话旁；拨通救治的医疗机构，与其通话；再把电话对准仪器，并按下仪器“发送”键等一系列操作才能实现。当患者在室外时，还要在近处寻找电话。而对于一个发病的患者要完成这样一系列救护操作是困难的，极有可能因操作而延误报警。特别遇到患者出现昏迷时，更因失去操作能力而使整个监护工作失败。心脏BP机另一更重要的问题是，由于采用人工操作，它只能对患者可察觉到的心律失常进行报警，而无法对许多感觉不到的心脏异常进行报警，造成漏报。因此，自动化和智能化程度较低的心脏 BP 机对于心脏功能监护还不是一种有效的工具。心电实时监护系统虽然较好地解决了心电信号的实时监测问题，但它通常不具备移动性，其应用范围和推广都受到很大限制。为了保证受试者所检测的心电信号的准确性和科学性，远程心电监护系统要求用户在日常生活中保持一定的活动。由于各类远程心电监护的通讯方式不一样。系统要求用户的活动范围和运动的剧烈程度也不一样，使得系统采集的信号质量得不到有效的保证。正因为如此，由于移动通信能为用户提供更大的活动范围、更为灵活的通讯方式，基于移动通信技术的远程心电监护越来越受到人们的重视，并成为当今远程心电监护系统的研究热点。移动通信技术从第一代的模拟移动通信发展到第二代的数字移动通信 GSM，到目前已广泛使用的 2.5 代的 CDMA 和 GPRS，以及快速发展的第三代移动通信，移动通信技术在覆盖范围、传输速度以及通信质量等方面都有了日新月异的进展。利用移动通信可以使用户在心电监护中不受活动限制，而且在高山、野外及移动过程中都能得到监护，在急救过程中依然是无法替代的最佳通信方法之一。此外，数字移动通信在抗干扰、安全性、大容量信息传递上都具有其它通信方式无法比拟的优越性。这些技术特点使得移动通信技术逐渐成为远程心电监护中最主要的通信载体之一。3 开发环境介绍及配置3.1 RealView MDK开发环境介绍RealView MDK开发工具源自德国Keil公司，被全球超过10万的嵌入式开发工程师验证和使用，是ARM公司目前最新推出的针对各种嵌入式处理器的软件开发工具。RealView MDK集成了业内最领先的技术，融合了中国多数软件开发工程师所需的特点和功能。包括Vision3集成开发环境与 RealView编译器，支持ARM7、ARM9和最新的Cortex-M3核处理器，自动配置启动代码，集成Flash烧写模块，强大的Simulation设备模拟，性能分析等功能，与ARM之前的工具包ADS等相比，RealView编译器的最新版本可将性能改善超过20。RealView MDK出众的价格优势和功能优势，势将成为ARM软件开发工具的标准，预计一年之内，RealView MDk将占有国内ARM开发工具市场的90以上。 3.2 软件调试步骤1. 开始使用软件点击Keil uVision4 图标打开uVision应用程序。在窗口里，可以创建项目、编辑文件、配置开发工具、执行编译连接，以及进行项目调试。 2. 创建项目首先需要创建一个项目。可以在要保存项目的位置先建立一个新的文件夹，然后执行Keil uVision4 程序在其中建立项目。通常需要以下几个步骤：(1)在设定的路径上建立名为 “ECG by GPRS” 的文件夹。(2)执行Keil uVision4 程序，Start - Programs - Keil Vision4。(3)创建一个新的项目，从主窗口中，选择Project菜单，选择New project ，然后会显示如下一个文件对话框。(4)在文件对话框中，切换到之前的文件夹(ECG by GPRS ) ；在底部的文件名输入框中，打入项目的名字，例如ECG by GPRS，然后点击“保存”。3. 设备支持接下来将显示一个新的窗口，在这个窗口里，选择将使用的目标ARM设备类型(如图3.1所示)和编译输出的文件格式。这个设定通常需要如下几个步骤：(1)打开STMicroelectronics目录 (2)选择要开发的设备条目。本文中，我们将使用stm32f107vc。图3.1配置硬件4连接和配置硬件按照如下步骤进行：(1) 右键点击工程文件夹ECG by GPRS = Options for Target ,设置工程的各项属性。（如图3.2所示）图3.2 设置工程属性(2) 在Target标签上，还可以设定CPU和内存的配置。另外一些设定包括基本的工具链，包括编译、连接器、调试器和仿真器等。(3)点击Debug标签，选择设定ULINK Cortex Debugger. 如果没有发现ULINK Cortex Debugger，可能需要到下图中的下拉框中寻找。图3.3 设置仿真器类型5. 创建源程序点击新建文档图标，然后看到出现一个新的标题为 的窗口，可以在窗口 中开始写代码。（如图3.4所示）图3.4 创建源程序在写完最初的代码后，再次选择下拉菜单File-Save, 然后将看到一个新的文件保存对话框。请将此文件保存到之前创建的ECG by GPRS文件夹中，名字可取为main.c。然后在真正开始编译之前，我们还需要将main.c加入到项目文件里。右键点击Source files，选择Add Files to Group Source files,然后选择文件夹Code Template中的main.c,点击Add加入后关闭对话框。6. 编译程序点击工具条按钮Build开始编译.。然后将看到所有的代码都将被编译和链接（如图3.5所示）。Vision4底部的Build窗口中会显示构建过程中的输出信息（如图3.6所示）。图3.5 编译源程序图3.6 编译链接信息4 监控终端整体架构设计根据心脏疾病突发性强，主治医师并不能第一时间出现在病患现场，因此需要这样一种设备：该设备不但可以远程监测病人心电信息并在现场，还需要能够将心电信息传输给远方的主治医师并接收和显示主治医师的治疗意见。基于上述功能和现有的研究条件考虑，本论文提出了一种基于GPRS模块的远程心电监控终端设计，该终端主要由嵌入式ARM平台（CPU型号为STM32F107VCT6），GPRS无线传输模块SIM900A，一块3.2寸的TFT LCD组成。4.1 嵌入式ARM平台 开发平台选择了基于STM32F107VCT6微处理器的金牛开发板。该开发板自带一块3.2寸TFT-LCD，2个RS232串行接口。满足了本设计的基本需要。本开发平台的主要配置如下。STM32F107VC（引脚图如图4.1所示）32位RISC性能处理器32位ARMCortex-M3结构优化72MHz运行频率，1.25DMIPS/MHz硬件除法和单周期乘法快速可嵌套中断，612个时钟周期具有MPU保护设定访问规则高达256KBFlash,高达64KB的SRAM人机交互接口一个3.2寸大屏幕320*240，26万色TFT-LCD，支持8/16位总线接口，镜面屏，超高高度两个GPIO按键一个RESET按键两个RS232串行通信接口(DB9)串口1用于通信，需设置跳线选择连接串口1串口2用于通信支持ISP，需设置跳线选择连接串口2SPI接口一路连接DATAFLASH（AT45DB161D）一路连接到TFT模块的触摸驱动芯片（RSM1843）IIC接口IIC接口外接EEPROM（24LC02）一个标准JTAG/SWD调试接口(20pin)供电方式：5V电源适配器或USB供电，通过跳线选择引出芯片所有IO，方便二次开发图4.1 STM32F107VCT6引脚图4.1.1CPU芯片ARM平台核心采用意法半导体推出的全新STM32互连型（Connectivity）系列微控制器中的STM32F107VCT6，此芯片集成了各种高性能工业标准接口，且STM32不同型号产品在引脚和软件上具有完美的兼容性，可以轻松适应更多的应用。新STM32的标准外设包括10个定时器、两个12位1-Msample/sAD(模数转换器)(快速交替模式下2Msample/s)、两个12位DA(数模转换器)、两个I2C接口、两个USART接口和三个SPI端口和高质量数字音频接口IIS，另外STM32F107拥有全速USB(OTG）接口,以及以太网10/100MAC模块.此芯片可以满足工业、医疗、楼宇自动化、家庭音响和家电市场多种产品需求。4.1.2 USARTUSART介绍通用同步异步收发器(USART)提供了一种灵活的方法与使用工业标准NRZ异步串行数据格式的外部设备之间进行全双工数据交换。USART利用分数波特率发生器提供宽范围的波特率选择。它支持同步单向通信和半双工单线通信，也支持LIN(局部互连网)，智能卡协议和IrDA(红外数据组织)SIRENDEC规范，以及调制解调器(CTS/RTS)操作。它还允许多处理器通信。使用多缓冲器配置的DMA方式，可以实现高速数据通信。Usart功能概述接口通过三个引脚与其他设备连接在一起(如图4.2所示)。任何USART双向通信至少需要两个脚：接收数据输入(RX)和发送数据输出(TX)。RX：接收数据串行输。通过过采样技术来区别数据和噪音，从而恢复数据。TX：发送数据输出。当发送器被禁止时，输出引脚恢复到它的I/O端口配置。当发送器被激活，并且不发送数据时，TX引脚处于高电平。在单线和智能卡模式里，此I/O口被同时用于数据的发送和接收。总线在发送或接收前应处于空闲状态一个起始位一个数据字(8或9位)，最低有效位在前0.5，1.5，2个的停止位，由此表明数据帧的结束使用分数波特率发生器12位整数和4位小数的表示方法。一个状态寄存器(USART_SR)数据寄存器(USART_DR)一个波特率寄存器(USART_BRR)，12位的整数和4位小数CK：发送器时钟输出。此引脚输出用于同步传输的时钟，(在Start位和Stop位上没有时钟脉冲，软件可选地，可以在最后一个数据位送出一个时钟脉冲)。数据可以在RX上同步被接收。这可以用来控制带有移位寄存器的外部设备(例如LCD驱动器)。时钟相位和极性都是软件可编程的。nCTS:清除发送，若是高电平，在当前数据传输结束时阻断下一次的数据发送。nRTS:发送请求，若是低电平，表明USART准备好接收数据图4.2USART引脚图Usart主要特性描述字长可以通过编程USART_CR1寄存器中的M位，选择成8或9位。在起始位期间，TX脚处于低电平，在停止位期间处于高电平。空闲符号被视为完全由1组成的一个完整的数据帧，后面跟着包含了数据的下一帧的开始位(1的位数也包括了停止位的位数)。断开符号被视为在一个帧周期内全部收到0(包括停止位期间，也是0)。在断开帧结束时，发送器再插入1或2个停止位(1)来应答起始位。发送和接收由一共用的波特率发生器驱动，当发送器和接收器的使能位分别置位时，分别为其产生时钟。一、发送器发送器可以发送8或者9位的数据字，这取决于M位的状态。相关时钟脉冲在SCLK引脚输出。1、字符发送USART发送期间，TX引脚先出现最低有效位。这种模式下，USART_DR寄存器包含了一个内部总线和发送移位寄存器之间的缓冲区TDR。每个字符之前都有一位逻辑低电平的起始位，以可设置数目的停止位结束。TE位使能之后将发送一个空闲帧。2、可配置的停止位 1个停止位：这是陌生人的停止位数目； 2个停止位：常规USART，单线和调制解调器模式下支持；配置流程：通过把USART_CR1寄存器中的UE位写1来使能USART-配置USART_CR1寄存器中的M位来定义字长-配置USART_CR2寄存器中的停止位数目-设置USART_CR1寄存器中的TE位来发送一个空闲帧来作为第一次发送-通过USART_BRR寄存器选择期望的波特率-往USART_DR寄存器中写入要发送的数据，这也将清除TXE位。二、接收器接收器可以接收8位或9位的数据字，这取决于USART_CR1寄存器中的M位。1、字符接收在一次USART接收期间，RX引脚最先接收到最低有效位。这种模式下，USART_DR寄存器由一个内部总线和接收移位寄存器之间的缓冲区（RDR）构成。配置流程：通过把USART_CR1寄存器中的UE位写1来使能USART-配置USART_CR1寄存器中的M位来定义字长-配置USART_CR2寄存器中的停止位数目-若发生多缓冲通信，选择USART_CR3寄存器中的DMA使能位（DMAT)-通过波特率寄存器USART_BRR来选择期望的波特率-置位USART_CR1寄存器中的RE，这将使能接收器开始寻找起始位。2、接受字符时寄存器变化：RXNE位被置1，表明移位寄存器的内容被转移到RDR。如果RXNEIE位被置1，将产生一个中断。接收期间若发现帧错误，噪音或者溢出错误，错误标志将会被置1。在单缓冲模式，清除RXNE位是由软件读取USART_DR寄存器万层。RXNE标志也可以通过对它写0清除。RXNE位必须在下一个字符接收完成前被清除，否则将产生溢出错误。三、奇偶控制可以通过设置USART_CR1寄存器中的PCE位来使能奇偶控制。发送模式：若USART_CR1的PCE位被置位，写进数据寄存器的数据MSB位被校验位替换后发送出去。4.1.3 TFT LCD监控终端使用了一块3.2寸大屏幕TFT-LCD，分辨率为320*240，26万色，支持8/16位总线接口，镜面屏，超高高度。主控芯片为ILI9320。1、.接口标准ILI9320有可以用了读写寄存器和显示图表存储器的系统接口和用来显示动态图形的RGB输入接口。用户可以选择一种接口来显示动态或静态的图像。所有的数据是存在GRAM中的，这样可以降低数据传输的工作，只有必须更新的数据才被传送。用户还可以通过使用窗口地址功能来更新GRAM中的一部分数据。ILI9320通过使用RGB接口和VSYNC接口来传送要显示的数据，这样可以避免图像在显示屏中移动（模式设置如图4.3）。在RGB模式下，数据是通过控制信号ENABLE，VSYNC，HSYNC，DOTCLK和数据总线DB17：0来写入GRAM中的。在VSYNC模式下，内部显示时序与帧同步信号是同步的。这种接口模式能够能过系统接口来显示动态图像。在这种情况下，有特定的条件来约束将数据写入RAM的速度与方法。注意所有图要有图标和图名，在文章中也应该有“如图2.1所示”字样。图4.3ILI9320模式设置注意：1、寄存器只能通过系统接口来设置。 2、RGB-I/F与VSYNC-I/F是不能同是有效的。2、寄存器描述ILI9320采用的是18位总路线接口结构的高性能微处理器。ILI9320所有的功能模块在收到由外部微处理器以18-、16-、9-、8-位接口方式发的正确命令后才能起作用。索引寄存器（IR）储存着可以写入指令与显示数据寄存器的地址。寄存器选择信号（RS），读写信号（nRD/nWR）和数据总路线（D17-0）是用来读写指令和数据的。ILI9320寄存器分为以后几类：索引寄存器（如图4.4）用来指定寄存器的地址或将要写入RAM的地址。图4.4 索引寄存器状态寄存器（如图4.5所示）表明了当前ILI9320内部的状态。L7：0表明了当前驱动TFT面板的驱动行的位置。图4.5 状态寄存器SS：选择驱动源输出的方向（如图4.6所示）。当SS=0，输出方向是比S1到S720当SS=1，输出方向是从S720到S1除了移动方向之外，通过设置SS和BGT位可以改变R，G，B在源驱动引脚上的配置。设置SS=0，分配R，G，B到源驱动引脚是从S1到S720。设置SS=1，分配R，G，B到源驱动引脚是从S7201到S1。当改变SS或BGR位时，RAM中的数据必须要重写。SM：设置门驱动管脚与GS位（R60h）来为模块选择最佳的扫描模式。图4.6 驱动输出控制寄存器AM 控制GRAM更新方向（如图4.7）。当AM=0，地址以水平写方向更新。当AM=1，地址以垂直写方向更新。图4.7 入口模式寄存器当通过寄存器R16和R17设置了窗口功能时，只有可以编写的GRAM区域是根据I/D1：0和AM的设置来更新（如图4.8所示）。图4.8 刷新设置I/D1：0控制着当更新完一个像素数据后，址计数器的自动增1或减1。显示接口 320240 TFT彩色LCD数据线连接到STM32F107VCT6的PE口（如图4.9所示）。图4.9 LCD与CPU连接4.2 GPRS模块SIM900A是一个2频的GSM/GPRS模块，工作频段为：EGSM 900MHZ和DCS 1800MHZ。SIM900A支持GPRS multi-slot class 10/class 8(可选)和GPRS编码格式 CS-1，CS-2，CS-3 and CS-4。SIM900A采用省电技术设计，在SLEEP模式下最低耗流只有1mA。此外，该模块内嵌TCP/IP协议，扩展的TCP/IP命令让用户能够很容易使用TCP/IP协议，这些在用户做数据传输方面的应用时非常有用。SIM900A尺寸较小，几乎可以满足所有用户应用中的对空间尺寸的要求。该模块与用户移动应用的物理接口为68个贴片焊盘，提供了模块和客户电路板的所有硬件接口：键盘和SPI显示接口；主串口和调试串口；一路音频接口，包含一个麦克风输入和一个扬声器输出；可编程通用输入输出接口。SIM900A的功能框图如图4.10所示。 图4.10 SIM900A功能框图5 数据无线传输5.1 GPRS简介GPRS，英文名称为：General Packet Radio Service，即通用分组无线业务，其标准是欧洲电信标准化协会ETSI制定并于1998年完成的。它是从GSM系统上发展起来的分组无线数据业务，GPRS与GSM公用频段、公用基站并共享GSM系统能够与网络中的一些设备和设施。GPRS大大拓广了GSM的服务范围，在GSM原有电路交换的语音与数据业务的基础上提供了一个平行的分组交换的数据与语音业务的网络平台。基于上述原因，GPRS经常被描述成“2.5G”，也就是说这项技术位于第二代（2G）和第三代（3G）移动通讯技术之间。GPRS的优点主要包括以下5点：1、瞬间上网GPRS的用户一开机，就始终附着在GPRS网络上，每次使用时只需一个激活的过程，一般只需要2-3秒的时间马上就能登录至互联网，而固定拨号方式接入互联网需要拨号、验证用户名密码、登录服务器等过程，至少需要10-15秒甚至更长的时间。2、永远在线GPRS由于使用了“分组”的技术，用户上网可以免受断线的痛苦，因为GPRS是“永远在线”，就是只要用户的GPRS手机处于开机状态，就随时与移动GPRS网络保持联系。例如，用户访问互联网时，手机就在无线信道上发送和接收数据，就算没有数据传送，手机还一直与网络保持连接。3、快速传输GPRS采用分组交换的技术，无线网络的传输速率达到了56Kbps-114Kbps，但实际速度受到编码的限制和手机终端的限制可能会有所不同。只有同时启用8个信道进行GPRS传送时，用户使用GPRS技术进行数据传输时的速率才能达到114Kbps，而一般情况下为进行话音传送，只会用1-4个信道进行GPRS应用，因此实际传输速率一般为56Kbps左右，CSD电路交换数据业务速率为每秒9.6K比特。4、按量计费GPRS技术是一种面向非连接的技术，用户只有在真正收发数据时才需要保持与网络的连接，因此大大提高了无线资源的利用率。使用了GPRS后，数据实现分组发送和接受，这同时意味着用户总是在线且按流量计费，迅速降低了服务成本。用户可以一直在线，按照用户接收和发送数据包的数量来收取费用，没有数据流量的传递时，用户即使挂在网上，也是不收费的。大大降低了终端的使用成本。5、自由切换GPRS具有数据传输与话音传输可同时进行或切换进行的优势。也就是说用户在用移动电话上网时，可以接收语音电话。5.2 SMS功能实现SMS(Short Messaging Service）中文名称短信服务，短信是当下每一部手机上必备的功能之一，顾名思义，它是在手机之间发送文字信息或从个人计算机或手持设备向手机发送信息的一种方式，其文本信息的最大发送量为160个字符（字母、数字或者拉丁字母中的字符），对于中文一般最大发送量为70个字符。5.2.1 SMS工作原理以手机为例，尽管平时没有打电话或者接听电话，但是我们的电话却总在不停地收发数据，它通过被称为控制信道的控制通路与手机发射塔进行通信。这种通讯的目的是让手机系统了解自己所在的信号区域，以便移动时手机可以切换到其他信号区域以及确定工作正常。手机使用控制通道来建立呼叫，控制通道同样也为SMS短信提供通路。当我们向一部手机发送短信时，该短信将通过手机发射塔以控制通道上小型数据包的形式先通过SMSC（短信业务中心），然后通过手机发射塔，再由发射塔将短信发送到目标手机。对于短消息的控制共有三种模式：Block Mode、基于AT指令的Text Mode、基于AT指令的PDU Mode。目前手机中默认使用PDU Mode，通过PDU编码的短消息内容可以是文字、声音或者图像。Text Mode只能用于发送ANSI范围的字符，发送方式比较简单。本文通过文本模式发送短消息。5.2.2 SMS实现步骤在本系统中，利用嵌入式ARM开发平台通过串口控制SIM900A模块实现短信收发功能。首先完成串口的初始化，根据设置好的子程序发送AT指令（如图5.1所示）控制GPRS模块工作，SMS短信的发送配置过程如下：（1）设置短消息中心。（2）设置短消息发送格式。（3）选择TE特征设定。（4）设置短消息目的地址，然后发送短消息内容。（5）设置短消息到达自动提示: 设置短消息到达提示当短消息被接收。（6）获取短消息内容。图5.1 部分AT指令6 系统程序设计6.1程序主体流程图 软件的流程（如图6.1所示）首先是进行初始化设置，然后启动GPRS模块，之后查看处理后的心电数据信息。如果在安全范围内，就在监控终端的LCD上显示当前的心电数据，并不启动短信服务。如果超过了安全范围，启动紧急短信服务向主治医生发送病人此时的心电数据信息，同时在监控终端的LCD上显示当前的已超出安全范围的心电数据，帮助现场医护人员制定抢救策略。当病人主治医师收到刚才发出的紧急短信后，以短信的方式回复自己的医疗建议到监控终端。此时监控终端的LCD上会显示此条建议供现场医护人员参考。整个软件程序方面主要分为两大部分：（1）串口控制GPRS模块收发短信，（2）LCD显示心电信息和危急情况下的医嘱内容。图6.1 程序主体流程图6.2心电数据的获取由于实验条件的限制，本监控终端无法实现心电信号的检测。因此使用提前设定好的心电数据用于传输。根据 MIT/BIH 的部分数据库、Lionheart 心电模拟器数据、参阅的论文中模拟动态心电信号和临床动态心电信号的总结，以及一些医学书籍中对 QRS 波群及其相关的 20 多个指标进行了试验分析结果可知，代表各类心律失常的最典型的指标为QRS 波宽度 QRS (i)。QRS复合波：代表两个心室兴奋传播过程的电位变化。由窦房结发生的兴奋波经传导系统首先到达室间隔的左侧面，以后按一定路线和方向，并由内层向外层依次传播。随着心室各部位先后去极化形成多个瞬间综合心电向量，在额面的导联轴上的投影，便是心电图肢体导联的QRS复合波。典型的QRS复合波包括三个相连的波动。第一个向下的波为Q波，继Q波后一个狭高向上的波为R波，与R波相连接的又一个向下的波为S波。由于这三个波紧密相连且总时间不超过0.10秒，故合称QRS复合波。QRS复合波所占时间代表心室肌兴奋传播所需时间，正常人的QRS波不会超过0.10秒。因此，本论文中使用QRS0.12为判断心率失常的唯一标准。（注：该设定并不符合医学标准，只是为了实验方便。由此结论产生的一切后果本人概不负责）6.3串口及GPRS模块短信服务的配置 串口初始化过程中，设置好串口的波特率，字长，停止位，奇偶校验以及是否开启硬件流控制等功能。然后向GPRS模块发送AT控制指令设置SMS短消息服务。然后根据检测到的短信状态转入到相应的子程序中。启动发送或者接受短消息服务。该模块流程图如下（图6.2）：图6.2 SMS短消息服务流程6.3.1 串口初始化 STM32中，串口的初始化一般遵循以下步骤：1. RCC配置；2. GPIO配置；3. USART配置；4. NVIC配置；5. 发送/接收数据。在RCC配置中，我们除了常规的时钟设置以外，要记得打开USART相对应的IO口时钟，USART时钟，还有管脚功能复用时钟。在GPIO配置中，将发送端的管脚配置为复用推挽输出，将接收端的管脚配置为浮空输入。在USART的配置中，通过USART_InitTypeDef结构体对USART进行初始化操作。在NVIC的配置中，主要是USART1_IRQChannel的配置。全部配置好之后就可以开始发送/接收数据了。发送数据用USART_SendData()函数，接收数据用USART_ReceiveData()函数。具体的函数功能可以参考固件库的参考文件。根据USART的配置，在发送和接收时，都是采用的8bits一帧来进行的，因此，在发送的时候，先开辟一个缓存区，将需要发送的数据送入缓存区，然后再将缓存区中的数据发送出去，在接收的时候，同样也是先接收到缓存区中，然后再进行相应的操作。注意在对数据进行发送和接收的时候，要检查USART的状态，也就是检查USART_GetFlagStatus()函数的状态。只有等到数据发送或接收完毕才能进行下一帧数据发送或接收。同时还要注意的是，在发送数据的最开始，需要清除一下USART的标志位，否则，第1位数据会丢失。因为在硬件复位之后，USART的状态位TC是置位的。当包含有数据的一帧发送完成之后，由硬件将该位置位。只要当USART的状态位TC是置位的时候，就可以进行数据的发送。然后TC位的置零则是通过软件序列来清除的，具体的步骤是“先读USART_SR，然后写入USART_DR”，只有这样才能够清除标志位TC，但是在发送