便携式医用监测仪

1、便携式医用监测仪华中科技大学黄冠中 潘凯项目背景：现代社会节奏日益加快，作为人类第一杀手的心脏病已经有明显的低年龄的趋势。很多情况下心脏病并不是一个急性发作的疾病，多数心脏病在早期就会有或多或少的征兆，如果能提前发现并且采取适当的措施很多病人的生命都是可以挽回的。然而，这些征兆并不能构通过一两次检查就可以发现的，长期多方位的检测结果才能够让医生作出正确的判断。鉴于这种情况，我们想到了一种能够同时方便病人和医生的医用设备便携式医用检测仪。采用无线通信的技术，能够在不影响病人正常活动的情况下保证医生能够实时采集病人的身体机能指数，而且通过与计算机的连接可以方便的将病人的数据形象的提供给医生以便能最

2、快的作出最准确的判断。项目概述：该检测仪的终端，也就是供病人使用的部分，由三部分组成：测量部分、控制部分和射频收发部分。射频收发部分提供通用的接口，保证能够扩展其他的测量电路的接入。本项目中初步只采用心电图的测量。射频收发部分采用nRF903的无线传输模块，控制部分采用STR71x系列的ARM微控制器。检测仪的中心节点，也就是供医生使用的部分，由三部分组成：控制部分、射频收发部分和串行接口部分。射频收发部分和控制部分采用和终端相同的模块，串行接口则是将得到的病人数据送给计算机以得到更加形象的数据分析。医生只需要通过计算机就能够控制接收不同病人的实时数据，并且能够通过之前保存的病人数据纵向进行比

3、较和分析。系统结构图：网络拓扑图：测量部分：系统分析：心肌极化的生物电位经置于体表的电极、导联线送至心电图机。心电图机的结构从原理上可分为输入回路（前置放大）、导联选择、主放大电路前置放大器一般由差分放大器组成，以获得较高的共模抑制比，选择的元件必须是低噪声的，从电安全角度考虑又往往是做成电气隔离（浮地）的，1mv定标电路也连在前置放大器上。后级放大器主要是进行电流放大，以及对信号进行滤波以获得特定的频率响应特性，这包括阻容耦合电路、闭锁电路、增益选择、截止频率和50Hz陷波等。数据采集部分1 采用如OP07 NE5534 等低噪声具有一定精度的普通运算放大器来构建放大电路但从体表采集到的信号

4、除了人体心脏产生的电信号外还包含肌电呼吸以及50Hz工频信号等带来的干扰其中工频干扰引起的共模信号可能远大于心电信号从而影响系统对心电信号的分析因此CMR 共模抑制比是衡量心电图仪性能的重要指标之一心电图仪要求运算放大器的CMR不小于80dB 上述两种运算放大器的共模抑制能力虽能满足这个要求但用这样的单个运放构成的电路难以达到较高的CMR 故不采取此方案。2 采用低功耗高精度的仪表放大器INA128 其具有良好的共模输入抑制能力CMR 大于120dB 而且只需外接一个电阻就可调节增益INA128可将毫伏级的心电信号放大成伏级信号便于测量同时INA128 对直流电源的要求低甚至只需2.25V的直

5、流电源电压就可表现出色的功能特性静态电流只有700 A 功耗非常低因此在小信号放大部分我们选择仪表放大器INA128心电信号处理部分由于心电信号属于低频小信号易受干扰因此必须对所采集的信号进行高通低通陷波处理因此我们将心电信号处理部分的方案论证主要放在滤波部分1 高通滤波部分考虑到本系统高通滤波部分的截止频率较低且对精度也没有严格要求因此选用结构和设计都十分简单的RC一阶无源滤波其效果不错且易于实现2 低通滤波部分低通滤波可选有源滤波或数字滤波有源滤波一阶滤波其结构相对简单且采用了集成运算放大器，因此具有高输入阻抗和低输出阻抗同时由于具有缓冲作用，滤波效果比无源滤波器好幅频特性曲线可达到-20

6、dB/10倍频程，但要想实现更明显的滤波效果此方案仍未满足要求二阶滤波它和一阶滤波采用类似的结构但幅频特性曲线能达到-40dB/10倍频程，滤波效果比一阶明显二阶以上的高阶滤波它是由多个一阶和二阶滤波器组成的效果自然要比上述两种滤波器好，但其电路比一阶和二阶复杂，所需电阻电容较多而电阻电容的实际值很难与设计要求精确匹配，有时为了匹配一个阻值需要好几个电阻串并联，同时由于不能避免环境因素对电阻电容的影响。因此用的电阻电容越多误差就越大，导致实际的滤波效果与设计时所期望的存在一定差距。数字滤波方案 数字滤波的优点是参数可调节性好，可以通过更改程序中的参数对截止频率进行精确的调节。由于参数不会随温度

7、等环境因素改变从而精确度得到保证，但是数字滤波对处理器的要求比较高，想要得到更好的滤波效果就要求滤波器取更高的阶数，处理器时钟周期尽可能小，乘法的计算速度尽可能大，一般非DSP处理器达不到要求。3 陷波处理本系统要除去工频50Hz的干扰，需要对混杂在心电信号里的50Hz信号作尽可能大的衰减处理处理。方案集中在两种自适应相干模板法和模拟陷波法。自适应相关模板法 自适应相关模板法利用工频干扰的相关特性，从原始输入信号中得到工频干扰的模板 进而从原始输入信号中减去工频干扰的模板，达到滤除工频干扰的目的，但这种方法算法虽简单但程序设计比较复杂考虑到竞赛时间有限故不采取这个方案。模拟双T陷波图1为双T网

8、络幅频特性曲线通过图1幅频特性可知，对于的其他频率信号，通过双T网络具有较强的负反馈。因为双T网络具有良好的滤波特性，在仪表的电源噪声滤波电路中获得了较为广泛的应用，又因为双T网络具有比RC串并联网络更好的选频特性，故我们选用双T网络进行陷波。图 1综上比较模拟陷波方案比较简易可行因此选择模拟陷波方案系统具体实现：1 前置放大部分 图2为心电信号放大电路电极采集到的心电信号大约为20 V 20mV，而灵敏的仪表放大器INA128只需外接一个电阻就能将信号放大110000倍，其增益G与外接电阻的RG 的计算公式为。当时，。图22 滤波器部分1 低通部分 图3为设计低通滤波器的幅频特性曲线。其中F

9、pb(Pass band Frequency)、Fsb(Stop band Frequency)。滤波器设计采用Filter Wizard软件设置衰减3dB时，对应频率为500Hz；衰减10dB时对应频率为900Hz。软件计算生成了一个二阶的巴特沃兹低通滤波器，并给出了相关的电阻电容参数其设计仿真图与设计电路图如图4所示图3图42 高通部分 可用无源的RC网络来实现。由公式，取，在低通截止频率时，我们选用的电阻。3 陷波部分 由于有工频电源磁场作用于导联与人体之间的环行电路，因此从人体探测到的心电信号自然就包括50Hz工频信号及其谐波的干扰，微弱的心电信号往往被湮没在相对比较大的噪声干扰中，因

10、此有必要对其进行抗干扰处理。为此我们使用了陷波器祛除50Hz的工频干扰，我们使用相同软件设计了陷波器。由于电阻电容值无法完全匹配设计参数，因此实际应用的双T 带阻陷波器效果没有仿真的好，于是我们通过将输出信号以反馈的方式作用于输入端提高了陷波的衰减倍数，使得陷波的效果更好陷波器电路如图5所示图5心电图典型波形如图6所示。   P波：由心房的激动所产生。前一半主要由右心房所产生，后一半主要由左心房所产生。正常P波的宽度不超过0.11s，最高幅度不超过2.5mm。    QRS波群：反映左、右心室的电激动过程，称QRS波群的宽度为QRS时

11、限，代表全部心室肌激动过程所需要的时间。正常人最高不超过0.10s。    T波：代表心室激动后复原时所产生的电位。在R波为主的心电图上，T波不应低于R波1/10。U波：位于T波之后，可能是反映心肌激动后电位与时间的变化。人们对它的认识仍在探讨之中。图6射频收发部分：无线收发系统方案论证与比较方案一：CC1000方案二：nRF401方案三：nRF903方案四：nRF24011. nRF401无线收发芯片：nRF401是Nordic公司研制的单片UHF无线收发芯片，工作在433MHz ISM频段。它采用FSK调制解调技术，抗干扰能力强，并采用PLL频率合成技术，频率

12、稳定性好，发射功率最大可达10dBm，接收灵敏度最大为105dBm，数据传输速率可达20Kbps，工作电压在+35V之间。nRF401无线收发芯片工作频率稳定可靠，所需外围元件较少，并可直接接单片机串口，便于设计生产。nRF401芯片内包含有发射功率放大器（PA）、低噪声接收放大器（LNA）、晶体振荡器（OSC）、锁相环（PLL）、压控振荡器（V C O）、混频器（MIXFR ）、解调器（DEM）等电路。在接收模式中，nRF401 被配置成传统的外差式接收机，所接收的射频调制的数字信号被低噪声效大器放大，经混频器变换成中频，放大、滤波后进入解调器，解调后变换成数字信号输出（DOUT 端）。在发

13、射模式中，数字信号经DIN 端输入，经锁相环和压控振荡器处理后进入到发射功率放大器射频输出。由于采用了晶体振荡和PLL合成技木，频率稳定性极好；采用FSK调制和解调，抗干扰能力强。nRF401 的ANT1 和ANT2 引脚是接收时低噪声接收放大器LNA 的输入，以及发送时发射功率放大器PA 的输出。连接nRF401 的天线可以以差分方式连接到nRF401，一个50 的单端天线也可以通过一个差分转换匹配网络连接到nRF401。nRF401功耗极低，接收待机状态时，电流仅为8A，适合于便携式及手持产品的设计。低工作电压（2.7V），可满足低功耗设备的要求。它的缺点是传输距离太短，而且抗干扰性能偏差

14、。如果在房间里通信，误码率很高。2. nRF2401无线收发芯片nRF2401 是单片射频无线收发一体芯片工作在2. 4 GHz 自由频段,能够在全球无线市场畅通无阻。nRF2401支持多点间通信, 最高传输速率可达1 Mb/ s , 工作电压为1.93.6 V ,有125 个频道可供选择,可满足多频及跳频需要,主要工作参数大都可通过芯片状态字由用户根据需要自行配置。他采用SoC 方法设计,只需少量外围元件便可组成射频收发电路。nRF2401 没有复杂的通信协议,他完全对用户透明,同种产品之间可以自由通信,是业界体积最小、功耗最少、外围元件最少的低成本射频系统级芯片之一。nRF2401 可以通

15、过软件设置多达40 b 的地址，只有收到本机地址时才会出数据并提供一个中断指示，编程方便。nRF2401 内置了纠检错协议和相应硬件电路，为软件开发人员提供了方便；nRF2401 采用的DuoCeiverTM 技术使nRF2401 可由同一幅天线同时接收2 个不同频道的nRF2401 的数据. nRF2401 的4 种工作模式分别为：收发模式、配置模式、空闲模式和关机模式，这4 种模式由PWR_UP 、CE和CS 3 个引脚决定。nRF2401 芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm的功率发射时，工作电流

16、只有10.5mA，接收时工作电流只有18mA，多种低功率工作模式，节能设计更方便。3. nRF903无线收发芯片nRF903 是Nordic公司为433/868/915MHz ISM 频段设计的单片UHF多段无线收发芯片，它采用优化的GFSK 调制解调技术，抗干扰能力强，采用DDSPLL频率合成技术，频率稳定性好，灵敏度高达104dBm，发射功率可以调整，最大发射功率是+10dBm ，可在155.6kHz 的有效带宽下传输最高76.8Kbps 的数据。nRF903 内部结构可分为发射电路、接收电路、模式和低功耗控制逻辑电路及串行接口几部分。发射电路包含有：射频功率放大器，锁相环(PLL)，压控

17、振荡器(VCO)，频率合成器等电路。基准振荡器采用外接晶体振荡器，产生电路所需的基准频率。本机振荡采用锁相环(PLL)方式，由在DDS基础上的频率合成器、外接的无源回路滤波器和压控振荡器组成。压控振荡器由片内的振荡电路和外接的LC 谐振回路组成。要发射的数据通过DATA 端输入。接收电路包含有：低噪声放大器, 混频器, 中频放大器, GMSK/GFSK 解调器, 滤波器等电路。低噪声放大器放大输入的射频信号；混频器采用2 级 混频结构，第一中频10.7136MHz，第二中频345.6KHz；中频放大器用来放大从混频器来的输出信号；中频放大器的输出信号经中频滤波器滤波后送入GMSK/GFSK 解

18、调器解调，解调后的数字信号在DATA 端输出。nRF903 的工作电压范围可以从2.73.3V ，它还具有待机模式，这样更省电，更高效。接收待机状电流消耗仅为200mA，低功耗模式电流消耗仅为1A，可满足低功耗设备的要求。nRF903 的多频段（最多170个）工作方式，使它具有良好的灵敏性和可靠性，特别满足需要多信道工作的特殊场合，适合采用跳频协议。nRF903 的天线接口设计为差分天线，以便于使用低成本的PCB 天线，所有的参数包括工作频率和发射功率都可以通过一个14位的配置寄存器用串行线（CS、CFG_CLK 和CFG_DATA）进行设置。nRF903 在设计上充分考虑了使用和编程的方便可

19、以直接接单片机串口发送接收数据而无需对数据进行曼彻斯特编码，大大地提高了传送的效率。4. CC1000无线收发芯片CC1000 是Chipcon 公司推出的单片可编程RF 收发芯片，它基于Chipcon's Smart RF 技术，可工作在ISM 频段（3001000MHz）。CC1000 集成了射频发射、射频接收、PLL 合成、FSK 调制解调、可编程控制等多种功能。CC1000 采用锁相环技术，发射频率是通过内部的频率合成器来配置的，可配置的范围为3001000MHz，适合应用跳频协议，一般可配出10或20个频点，该芯片灵敏度为109dBm，并可自动校准，可编程输出功率为 20dB

20、m +10dBm，通信速率可达78.6Kbps。CC1000的主要工作参数可由一个串行接口编程设定，使用非常方便并且具有灵活性。CC1000 芯片的外围元件较少，且对精度要求不高，并提供三种编码方式与微控制器接口。所以CC1000与一个微控制器和少数几个外接元件便可组成一个完整的RF收发系统。微控制器可以通过CC1000 的串行接口（PDATA 、PAlE 和PCLK ）对CC1000 进行设置，通过CC1000 的DIO完成数据的接收和发送。方案比较1 三款无线收发芯片性能比较上述几款无线收发芯片的性能对比如表1 所示。表格 1各个无线收发芯片性能比较表型号频段频道及调制基本特征简要说明nR

21、F401433MHz单片无线收发芯片；2个频道；FSK调制方式最高速率为20kb/s最高灵敏度-105 dBm最大发射功率为+10dBm工作电压为2.75V发射电流约为818mA接收电流约为10mA待机电流约为8uA1. 约10个外围器件，采用低成本的4MHz晶振2. 根据系统需要可以选用环行天线或单端天线，使用良好匹配的元件和单端天线时通信距离可以达到300800m，性能可靠，可以广泛使用。3. 可以直接接单片机串口使用，数据无须曼彻斯特编码，直接采用异步或同步方式nRF903433/868/915MHz三频段单片无线收发芯片；169个频道；GFSK调制方式最高速率为76.8kb/s最高灵敏

22、度-104 dBm最大发射功率为+10dBm工作电压为2.73.3V发射电流约为820mA接收电流约为18mA待机电流约为1uA1. 约10个外围器件，采用低成本的11.0592MHz晶振2. 内置镜象抑制电路，具有良好的抗干扰能力3. 多频道选择4. 可以直接接单片机串口使用，数据无须曼彻斯特编码，直接采用异步或同步方式nRF24012,4GHz单片无线收发芯片；125个频道；GFSK调制方式最高速率为1Mb/s最高灵敏度-104 dBm最大发射功率为0dBm工作电压为21.93.6V发射电流约为810mA接收电流约为18mA待机电流约为1uA1. 绝大部分高频元件的电感，振荡器都集成在芯片

23、内部，具有良好的一致性，性能稳定且不受外界影响2. 内置点对多点无线通信协议控制和硬件检错纠错单元cc10003001000MHz可调频段单片无线收发芯片；最多20个频道；FSK调制方式最高速率为76.8kb/s最高灵敏度-109 dBm工作电压为21.93.6V最大发射功率为+10dBm工作电压为 2.73.6V发射电流约为710mA接收电流约为14mA待机电流约为 0.2uA1 发射频率是通过内部的频率合成器来配置的，可配置的范围为3001000MHz，适合应用跳频协议，一般可配出10或20个频点2 CC1000 芯片的外围元件较少，且对精度要求不高，并提供三种编码方式与微控制器接口比较以

24、上几种无线收发芯片，我们选择芯片时所考虑的条件有如下几点：1 根据收发芯片的数据传输是否需要进行曼彻斯特编码采用曼彻斯特编码的芯片在编程上需要较高的技巧和经验，需要有更多的内存和空间，而且曼彻斯特编码大大降低了数据传输的效率，一般只能达到标称的1/3。在这一点上nRF903和nRF401都直接采用串口通信，相应的应用编程非常简单，效率更高，标称的速率也为实际数据传输速率。2 根据收发芯片所需要的外围器件无线系统所需要的外围器件过多，会增加整个系统的设计的复杂度；同时，过多的外围器件，特别是比较昂贵的变容管和声表面滤波器等元件将使系统成本大大的增加。较少的外围器件将降低设计复杂度，减少成本。nR

25、F903和nRF401所需要的只是一个晶振和少许几个常规器件即可。3 功耗由于所开发的项目是基于无线传输的对用户的身体状况进行实时监控的便携式设备，所以对于功耗有着严格的要求。否则频繁的更换电源将是一件很复杂的事情，使得这一项目没什么实用性。因此我们在选择芯片的时候需要选择而从功耗考虑时，功耗较小的芯片，这样才能保证产品的使用时间。在无线收发芯片的功耗选择中，主要比较的是的待机，发射以及接收电流，nRF903，nRF2401，CC1000在这方面性能相对较好，而nRF201则在待机时电流过大，略差与其他几款。4 根据收发芯片的封装和管脚数由于移动便携式产品的特殊性，需要芯片具有较少的管脚和较小

26、的封装，这将有利于减少PCB的面积，同时也可以降低成本，有利于开发。同时，较小的芯片封装，可以有利于随身的携带，这样会给使用者带来很多的方便处。从价格上来看，也能降低开发的成本，能够大量生产，可行性较高。5 根据收发芯片的最大数据传输速率a) 由于要多个从点实时的传递数据给中央主机接受设备，所以对芯片的最大数据传输速率有着比较高的要求。最大的数据传输速率将直接的影响到中央主机所能连接的从点的最大个数。b) 我们初步的简单计算了一下：i. 假设正常成人的脉搏跳动次数为75次/分钟，则有每秒脉搏跳动次数75/60=1.25次ii. 假设每次的脉搏跳动我们记录其中的50个点，每个点传送一个8 bit

27、的数据，则每人每秒所需要的传输数据量是50*8*1.25=500 bit iii. 再假设在一般情况下中央主机连接有100 个从接点，则得到在理想的传输条件下（不存在误码，传输条件很好，没有任何外界干扰），数据传输速率最低需要100*500 bps=50 Kbpsiv. 在这点上nRF401 的20Kbps的传输速率显然就不足了，而nRF2401的1 Mbps则又显得太过多余，有些浪费资源，nRF903的76.8Kbps的数据传输速率比较的满足条件，可以在保证其最大数据传输速率比在先前假想的条件下的要求略大，比较合理。6 根据收发芯片所支持的频道个数在点对多点的通信系统中，就需要多个从点都能够

28、与主机进行通信，在芯片所支持的频道个数较少时，就需要通过软件的方法，如TDMA，令牌式或轮循的方法，一来这样做加大了编程的复杂程度，再则这种方法会减少数据中所实际要表达的信息比例，从而降低了数据传输的速率。同时它在或多或少的降低了实时性的要求。在这里，我们选择了nRF903，在有着170个频道的同时，在芯片内部的指令中就进行了频道的识别，使得编程变的容易了许多，降低了开发的难度。7 根据收发芯片的误码率和传输距离前面也已经提到过，各个无线收发芯片的最大数据传输速率是在理想的情况，即没有任何干扰的条件下的速率。在实际的使用中，显然会受到这样或者那样的干扰，从而影响传输速率。会对传输的质量造成不小

29、的影响。同时，若是传送了错误的信息并且接受设备也没有任何的检错纠错的硬件或软件方法，那么中央的处理机就会将这一数值处理。如使用用户没有任何异常的情况下，由于数据传送过程中的干扰，中央主机接收到了错误的信息，认为用户出现了危险而采取行动。这样做无疑会带来很多的人力物力的浪费，所以收发芯片的误码率也就是我们所要考虑的条件之一。在这方面，nRF2401 的内置点对多点无线通信协议控制和硬件检错纠错单元无疑是最佳的选择。nRF401 和CC1000 则没有什么检错纠错的方法，nRF903的内置镜象抑制电路，也具有一定的抗干扰能力。综合考虑以上的条件，我们选用 nRF903作为我们这次的无线收发芯片（2

30、）基于射频收发芯片nRF903 的无线数据传输模块设计射频收发电路选用Nordic VLSI ASA公司推出的单片射频收发器芯片nRF903。该芯片采用32 引脚TQFP 封装，工作频率为433950MHz ，供电电压2.7V3.6V，接收待机状态电流消耗仅为200mA, 低功耗模式电流消耗仅为1mA。nRF903 内部结构可分为发射电路、接收电路、模式和低功耗控制逻辑电路及串行接口几部分。发射电路包含有：射频功率放大器，锁相环(PLL)，压控振荡器(VCO)，频率合成器等电路。基准振荡器采用外接晶体振荡器，产生电路所需的基准频率。本机振荡采用锁相环(PLL)方式，由在DDS基础上的频率合成器

31、、外接的无源回路滤波器和压控振荡器组成。压控振荡器由片内的振荡电路和外接的LC 谐振回路组成。要发射的数据通过DATA 端输入。接收电路包含有：低噪声放大器, 混频器, 中频放大器, GMSK/GFSK 解调器, 滤波器等电路。低噪声放大器放大输入的射频信号；混频器采用2 级 混频结构，第一中频10.7136MHz，第二中频345.6KHz；中频放大器用来放大从混频器来的输出信号；中频放大器的输出信号经中频滤波器滤波后送入GMSK/GFSK 解调器解调，解调后的数字信号在DATA 端输出。nRF903 使用编程接口 CFG-CLK、CFG-DATA、CS，对工作频率、通道、输出功率和输出时钟频

32、率等参数进行编程设置。设置CS 为高电平，来自微控制器的14 位控制字，在每一个CFG-CLK 编程模式时钟信号的上升沿，CFG-DATA 端上的逻辑值被写入组态寄存器中，编程信息被装入，完成对工作频率、通道、输出功率和输出时钟频率等参数的设置。芯片使用时，首先通过微控制器对芯片内部寄存器进行设置，设定工作频率、发射功率等参数；进入正常工作状态后，通过微控制器根据需要进行收发转换控制，发送/ 接收数据或进行状态转换。组态控制字如表1所示。工作模式与控制引脚关系如表2所示。所设计的射频收发电路如图1 所示。表格 1 组态控制字位（bit）参数符号功能位数0-1频带FB“00” 频带=433.92

33、±0.87MHz“01” 频带=869±1MHz“10” 频带=915±13MHz“11” 频带未使用22-9通道中心位置CHf.433MHz=433.152M+CH*153.6K Hzf.868MHz=868.1856M+CH*153.6K Hzf.915MHz=902.0928M+CH*153.6K Hz810-11输出功率P输出功率=-8dBm+6dBm*D10D11D10D11 =”00”：”01”：”10”：”11”212-13微处理器用时钟频率输出F“00” F=晶振频率 MHz“01” F=晶振频率/2 MHz“10” F=晶振频率/4 MHz“11

34、” F=晶振频率/8 MHz2表格 2 工作模式控制工作模式STBYPWR-DWNTXEN接收模式000发射模式001低功耗模式01X待机模式10X错误模式110错误模式111电路设计应注意的问题印制电路板(PCB)的设计直接关系到射频性能，PCB分成射频电路和控制电路两部分布置。PCB 使用1.6mm厚的FR-4 双面板，分为元件面和底面。PCB 的底面有一个连续的接地面，射频电路的元件面以nRF903 为中心，各元器件紧靠其周围，尽可能减少分布参数的影响。元件面的接地面保证元件充分接地，大量的通孔连接元件面的接地面到底面的接地面。nRF903 采用PCB 天线，在天线的下面没有接地面。射频

35、电路的电源使用高性能的射频电容去耦，去耦电容尽可能地靠近nRF903 的VDD 端，一般还在较大容量的表面贴装电容旁并联一个小数值的电容。射频部分的电源与数字电路部分的电源分离，nRF903 的VSS 端直接连接到接地面。注意不能将数字信号或控制信号引入到PLL 回路滤波器元件上。nRF903VCO 电感位置的最佳设计是保证产生1.1±0.2V 的PLL回路滤波器电压(LF2 端)。程序设计时应注意的问题是：nRF903的通信速率最高为76.8Kbit/s；发送数据之前需将电路置于发射模式；接收模式转换为发射模式的转换时间至少1.5ms；可以发送任意长度的数据；发射模式转换为接收模式

36、的转换时间至少1.5ms 。在待机模式时，电路进入待机状态，电路不接收和发射数据。在低功耗模式时，电路进入不了工作状态，电路不接收和发射数据。待机模式和低功耗模式转换为发射模式的转换时间至少4.1ms；待机模式和低功耗模式转换为接收模式的转换时间至少5.0ms。无线通信的软件流程设计无线通信系统进行通信时, 先对UART 口进行初始化,对nRF903 的工参数进行初始化。为了得到可以调节的波特率和进行差错控制,选择UART 工作方式3。综合考虑无线通信的相互干扰(这对于工作在ISM频段的产品特别重要) 和要求有较高的通信效率,数据帧的长度要适当,最好能在10 ms 以内传输完,采用数据帧由包头

37、(5 字节) 、地址字(6 字节) 、数据字(24 字节) 、校验字(1 字节) 4 部分组成。数据帧中包头定义为CCCCCCCCF0h ,该字段进行接收和发射数据帧同步。地址字是设备地址,该地址要求在本无线通信系统内不重复,并且应该减少与其他同频率通信的系统在该部分内容重复,采用以太网的MAC 地址字节数,即6 个字节。数据字是该数据帧要传输的内容,固定为24 字节。如果要传输更多的内容,可以分解成多个数据帧进行传输。校验字为1 个字节,本文的设计采用XOR 方式,亦即校验字由数据帧的地址和数据部分通过XOR 生成。如果接收到的“校验和”与本地生成的校验字不匹配,说明数据帧有错误,要求重传,

38、单片机据此进行差错控制。图4 为无线通信的发射子程序流程图。发射子程序先设置nRF903 为发射模式;产生数据帧,包括生成“校验和”;等待数毫秒时间使nRF903 发射电路稳定;再按照数据帧的顺序逐个发送每个字节;发射完毕使nRF903 转为等待模式。图5 是无线通信的接收子程序流程图。接收子程序先设置nRF903 为接收模式并等待数毫秒。检测C-SENSE是否为高, 若C-SENSE 为高则说明存在接收数据,否则继续等待。当接收到同步字节后( 以F0h为标志) ,说明后续接收的字节为地址、数据和“校验和”,接收这些数据并保存供主程序处理。主程序对接收的数据帧进行处理,如果发现不正确(例如“校

39、验和”错) ,则要求重传。串行接口部分：在得到患者的心电图数据后，ARM将这些数据传输给计算机，从而使医生能够更形象、更全面的分析患者当前的心电图。传输过程使用协议为UART（Universal asynchronous receiver/transmitter ），上位机PC使用9针的串行通讯端口接受传输的数据。由于PC通讯端口是RS232电平，因此不能将TTL电平的信号直接传输给电脑处理，需要先将TTL电平转化为RS232电平。接口电路采用ST3232，只用到三个针脚：Rx（P0.8）、Tx（P0.9）、GND。上位机在得到心电图的数据以后将其以文件形式保存以便医生能够查询病人的心电图历史

40、数据，同时将数据采用图象的方式显示出来，更加直观。PC机上处理串行通讯数据采用C+ Builder编程实现。通常以下面的步骤实现通信控制：1， 设置通信端口号码，由COM1开始往上递增。2， 使用CreatFile打开通信接口。3， 设置通信协议。4， 设置传输速度等参数。5， 设置其他参数。6， 送出字符串或读入字符串。使用ReadFile及WriteFile函数。7， 使用完毕后以CloseHandle函数将通信接口关闭。串行数据处理代码：1打开通信端口COM1并且进行相应设置：char *ComNo; DCB dcb; String Temp; /取得要打开的通信端口 Temp = &q

41、uot;COM1" /转换至指针类型Char ComNo = Temp.c_str(); hComm = CreateFile(ComNo,GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, NULL, OPEN_EXISTING, 0, 0); if (hComm = INVALID_HANDLE_VALUE) / 如果COM 未打开 MessageBox(0, "打开通信端口错误!","Comm Error",MB_OK); return; /将dcb地址传入，以取得通信参数 GetCommState(hComm,&d

42、cb); / 得知目前COM 的状态 dcb.BaudRate = CBR_9600; / 设置波特率为9600 dcb.ByteSize = 8; / 字节为 8 bit dcb.Parity = NOPARITY; / Parity 为 None dcb.StopBits = ONESTOPBIT; / 1 个Stop bit /通信端口设置 if (!SetCommState(hComm, &dcb) / 设置COM 的状态 MessageBox (0, "通信端口设置错误!","Set Error",MB_OK); CloseHandle

43、(hComm); return; 2接收数据：String Temp; char *SendData; int ln; unsigned long lrc,BS; if (hComm=0) return; /检查Handle值 Temp = mSend->Text;/取得发送的字符串 SendData = Temp.c_str(); /字符串转换 /取得发送的字符串数 BS = Temp.Length(); /BS = StrLen(SendData); /也可以使用此种方式取得字符串长度 /实际的发送动作 WriteFile(hComm,SendData,BS, &lrc,NU

44、LL); / 送出数据3发送数据：String Temp; char inbuff1024; DWORD nBytesRead, dwEvent, dwError; COMSTAT cs; /取得状态 ClearCommError(hComm,&dwError,&cs); / 数据是否大于我们所准备的缓冲区 if (cs.cbInQue > sizeof(inbuff) PurgeComm(hComm, PURGE_RXCLEAR); / 清除通信端口数据 return; ReadFile(hComm, inbuff,cs.cbInQue,&nBytesRead,

45、NULL); / 接收通信端口的数据 /数组中的字符串结尾处补上零字符 inbuffcs.cbInQue= '0'4绘图（使用PaintBox组件）：/绘出边框 Pic1->Canvas->Pen->Color = clBlack; Pic1->Canvas->Brush->Color = clWhite; Pic1->Canvas->Rectangle(rt); /绘线 Pic1->Canvas->Pen->Color = clRed;Pic1->Canvas->Polyline(PointArray,49);控制部分：串行口与射频模块的基本通信程序主控站发送的指令中包含一定数量的同步符55H和3字节的密码。测量站在连续收到5个同步符后进行密码验证，验证通过后正式接收指令字节；如果未通过，则测量站发已信号让主控站重发，3此验证不过则停止发改指令。测量站发/主控站收时，验证方式与此相同，验证通过后，测量站开始发送数据。一个指令由3个字节构成，第2字节等于第字节加上35H，第3字节等于第2字节加上36H。如果收到的指令不符合此规则，则重发改指令，连续3次错误时停发。主控站每发一个指令，测量站都回送一个应答信号，改应答信号中包含员指令样本。1