便携式移动心电监护系统由心电监护仪

1、此外，心电监护对 互联网尤其是无线网络的迅速普及促使嵌入式技术应用的条件日趋成熟， 心脏病诊断的重要性也使得远程监护也具有现实的可能性。 本文主要研究并设计了一套实用的便携式移动心电监护系统。 通过该系统可以随时随地将患 者的心电信号通过 GPR测络无线发送到设在医院的 PC机上，或者将心电数据先存储在本系 统中，然后再通过 USB实现高速回放。 系统的总体设计 （如 本文所设计的便携式移动心电监护系统由心电监护仪、通信网络和监护中心三部分组成 图1所示）。其工作过程如下： 心电监护仪由患者随身携带， 通过粘贴式电极可随时采集用户的心电数据， 并进行放大、 滤 波、A/D转换，然后存储到串行闪

2、存中。当存储一定时间的心电数据后，可以通过GPRSB 线上网，利用无线网络将数据传送给位于监护中心的上位机。也可通过USB直接连接到上位 机，进行本地高速回放。 本文将重点介绍心电监护仪的设计。 由于是便携式设备， 所以设计时必须考虑尽量降低功耗、 体积和成本。经过反复地分析比较，最终决定采用 Z-World 公司的工业级控制芯片 Rabbit3 000 微处理器作为心电监护仪的主芯片。 尽管Rabbit3000是8位微处理器，但其内存空间可达1M主频可达22M它具有丰富的接 口资源，共有 40 条并行 I/O 口线（与串行口共用 ）。此外，该器件的功耗非常低，处理器时 钟可由振荡器驱动， 并

3、将主振荡器断电。此时电流约为100卩A,而处理器仍能保持每秒 10, 000 条指令的执行速度。 系统硬件设计 在进行总体硬件设计时，以 Rabbit3000 高性能微处理器为核心，利用外部接口扩展了 512K 的并行Flash和512K的SRAM存储空间达到1M并扩展了 USB接口。利用串行接口扩展了 串行Flash、A/D转换和无线模块MC35以下重点介绍无线模块和USB模块的硬件设计。 1.无线模块MC35硬件设计 无线模块负责完成心电数据的无线传送。为实现此功能，本系统采用了西门子公司的MC35 模块。这是西门子公司首款支持 GPRS勺GSM/GPR模块，体积小巧，易于集成到便携式终端

4、 中。通过串行口连接，使用 AT 命令对该模块进行控制和数据传送。 西门子公司的MC35模块具有一个40脚的零插入力连接器，该连接器中提供了串行接口、音 频接口、SIM接口、状态引脚、电源接口等接口，通过这些接口与SIM卡座、天线以及主控 制器相连。MC35的串行接口 TXD0和 RXD0与 Rabbit3000的串口 B,即引脚TXB和RXB（PC4 和PC5）相连，以实现与MC35之间的通信。MC35的IGT引脚为其启动引脚，需要开漏极驱动 器驱动。而Rabbit3000的端口 E具有很强的驱动能力，因此选用PE5作为MC35的启动控制 2 所示。 线。在MC35的电源接口中有电源输入引脚

5、、电源输出引脚和充电引脚，其中充电引脚可用 来给电池充电。本系统采用电池供电或外部充电。如图 设计时需注意的两点是：本系统使用电池供电，由于MC35在上行传输需提供2A的峰值电流, 这会引起电压突然下降，因此设计电路时要加足够大的电容，以防电压突然下降；在 卡电路设计时，需要注意电磁兼容性的问题， 无法正常工作。 否则会影响 MC35的通信效果，甚至导致 SIM MC35 2. USB 模块硬件设计 它提供了另一种数据传输手段。通常的串口 USB传输是利用D4和D-线上的差分信号，与主机 本系统采用恩智浦公司的P DIUSBD12实现 USB模块负责完成心电数据的本地高速回放， S-232 只

6、是利用一条线进行数据传输，而 进行数据的传输， 充分保证了数据传输的可靠性。 USB专输。 PDIUSBD12以下简称D12）是恩智浦公司的一款性价比很高的 USB芯片，完全符合版的规范。 是在协议设备端使用最多的芯片之一， 是一种纯粹的USB接口芯片，需要外部微处理器控制。 本系统利用Rabbit3000微处理器控制USB芯片D12来完成USB传输，此时D12就是单片机 的一个外设。D12与Rabbit3000之间的数据传输是通过 8位数据线来实现的，即 D12的并 口数据线D0-D7与Rabbit3000的数据线D0-D7直接相连。 D12的INT_N引脚与Rabbit3000复用引脚IN

7、T0A相连，作为 Rabbit3000的外部中断输入。 当D12需要进行操作时，就利用INT_N引脚发出一个中断请求，Rabbit3000立即响应中断， 对其进行操作。 D12的RD_N和WR_r分别与Rabbit3000的IORD和IOWF相连，以控制数据 传输的方向。D12的RESET_N Rabbit3000的复用引脚 PE4相连，Rabbit3000可以利用这 个引脚向D12发出一个低电平，RESET_N被置为低电平后，D12便自动复位了。D12的CS_N 与Rabbit3000的复用引脚PE7相连，可以通过这个引脚来控制片选。如图3所示。 D12 有两种数据总线方式：多路地址 / 数

8、据总线方式和单地址数据总线方式。本系统采用单 地址数据总线方式，将 D12的ALE接地，A0与Rabbit3000的地址总线 A0相连，在片选信 号有效的前提下（即PE7=0）,当A0=1时，CPU给D12发命令；当 A0=0时，CPU向D12写数 据或从D12读数据。因此，地址 0XE001为发送命令地址，地址 OxEOOO为读写数据地址。 系统软件设计 软件设计借鉴了软件工程的设计思想。 采用了分层和模块化的设计思路， 为代码的组织、 维 护和升级都提供了便利。 而且，即使以后更换硬件系统平台， 也能够保证大部分代码可重用。 软件总体结构如图 4所示。下面重点介绍无线模块和USB模块的软件

9、设计。 1. 无线模块软件设计 无线模块MC35与Rabbit3000的串口 B相连，并通过串口向 MC35发送AT指令，进行拨号、 设置等操作。 MC35与网关的通信协议为 PPP协议(Point-to-Point Protocol)，PPP协议是一种基于 TCP/ IP 协议栈的数据链路层协议，是为在两个对等实体间传输数据包，建立简单连接而设计的， 主要用于广域网的连接，但在局域网的拨号连接中同样可以采用。MC35本身不支持PPP协 议，要通过MC35拨号上网必须编写程序实现PPP协议，同时还要实现 TCP/IP协议。 开机后首先初始化 MC35模块，这里要注意的是初始化 MC35模块时，

10、需要给IGT引脚一个低 电平，并保持120140ms,才能完成初始化操作。然后启动MC35并登陆移动梦网网关，建 立与服务提供商的连接。 登陆成功后，MC35具有两种工作状态: 流一般为15mA而且在空闲状态下， 了 MC35的休眠功能，设置为休眠模式 数据传输状态和空闲状态。MC35在空闲状态下的电 3mA左 右。 MC35还支持多种休眠模式。为降低功耗，本系统启用 7。在该休眠模式下，电流可以降到 2. USB 模块软件设计 但从开发者角度来看，最大的缺点就是协议的复杂 USB接口对于使用者来说十分简单方便， 性增加了，因此也就导致了USE设计的复杂性。USB软件设计包括三个方面：固件 (

11、firmwar e)设计、驱动程序设计和主机端应用程序的设计。 a. 固件设计 固件是固化在单片机中的程序代码，可采用汇编语言或C语言设计。它运行在微处理器上， 用来响应主机的请求。即它与 USB控制器一起完成枚举过程和主机通信。USB协议规定任何 传输过程都是由主机端发起并控制的，在枚举过程中，主机通过USB控制器的端点0的默认 管道建立控制传输过程，D12响应主机的要求，主要是发送特定的描述符(如设备描述符、 配置描述符、接口描述符、端点描述符、字符串描述符和厂商描述符)给主机。主机从获得 的描述符来了解该设备的配置和能力，并完成对USB设备的配置。枚举过程结束后，主机就 可以与D12进行

12、数据传输了。 本系统的固件编程采用标准C语言来编写，设计固件程序时需要注意的是：D12的中断输出 为电平触发， Rabbit3000 的中断为上升沿或下降沿触发。在设计程序时，使用下降沿加延 时，可使低电平保持一段时间，从而达到同样的效果。 b. 驱动程序设计 在Windows系统下，与USB外设的任何通信都必须通过设备驱动，设备驱动使应用程序访问 硬件设备成为可能。USB驱动程序的编写与硬件相关，属于核心模式。微软的DDK在这方面 提供了较为详细的说明。 c. 应用程序的设计 本系统采用VB编写上位机应用程序。它主要负责实现利用USB接口从心电监护仪中读取心 电数据，并把心电数据保存到数据库

13、中，同时在PC机屏幕上绘制心电波形。 本文小结 本文所研制的便携式移动心电监护仪， 能够在计算机屏幕上准确地描绘出心电波形， 经中国 医科大学附属二院的医生认定， 可作为临床诊断依据；本系统实用性强，且体积小、经济方 便。患者可随时随地对心脏进行实时监护， 而不受时间和空间限制； 本系统所具有的无线传 输功能，可以实时地把心电数据传送给医院供医生诊断，极大地提高了急救效率。 SIEMENS MC35 一、产品说明： ? MC35是西门子公司的第一款 GPRS莫块，MC35 GPRS莫块集成到笔记本、掌上电脑、微型电话 及其他设备中，将会得到更快的浏览速度。他的优势在于： 永久在线连接、快速数据存储和更快 的数据下载速度。 ?该GPRSt块接收速率可以达到，发送速率可以达到.当然最大的数据吞吐量还依赖于GPR删络 的支持。 ?像TC35一样 MC35也支持 GSM9O0和GSM18O0双频网络。MC35包括了 还具备快速 GPRS 技术，这将使 MC35 代替 TC35 变得更容易。 二、产品特征： ?支持 EGSM9O0和 GSM1800双频； ? 支持 GRPS Class 8/Class B ； ? 支持 GSM phase2/2+ ； ?输岀功率： EGSM900寸，2W / GSM1800 时，1W ? 输入电压