红外传输单道心电遥测系统设计及工作原理

1、    红外传输单道心电遥测系统设计及工作原理心电图是诊断心脏病的重要手段，但是，由于种种原因，用普通心电图仪很难捕捉到异常心电图。无线电心电监护仪或者24小时动态心电监护仪虽然能有效地解决这一问题，但是造价昂贵，难以深入家庭。红外光生物遥测具有抗电磁干扰能力强、发射和接收设备简单、成本低廉、调试容易；无需进行频率注册；使用方便、安全的优点1。随着计算机技术的飞速发展，计算机已逐步深入家庭，为研制具有分析、处理能力的家庭医疗监护设备提供了基心电图是诊断心脏病的重要手段，但是，由于种种原因，用普通心电图仪很难捕捉到异常心电图。无线电心电监护仪或者24小时动

2、态心电监护仪虽然能有效地解决这一问题，但是造价昂贵，难以深入家庭。红外光生物遥测具有抗电磁干扰能力强、发射和接收设备简单、成本低廉、调试容易；无需进行频率注册；使用方便、安全的优点1。随着计算机技术的飞速发展，计算机已逐步深入家庭，为研制具有分析、处理能力的家庭医疗监护设备提供了基础。为此，我们研制了一种单道红外心电遥测仪，它以计算机作为分析、处理、显示、存储、通讯手段，用红外光作为传输媒介，对被试者进行实时监护。通过调制解调器，还能把遥测数据传输到医疗中心，供医疗专家分析、诊断，是一种理想的远程医疗前端及家庭医疗监护设备。1系统设计及工作原理本机以计算机作为接收、处理终端，完成数据的接收、处

3、理、存储、通讯等功能，对被试者进行实时监护。系统采用PCM-ASK调制方式。即第一次调制采用脉冲编码调制，第二次调制采用幅度键控调制。PCM调制具有精度较高、抗干扰性较强的特点。ASK调制，既可以提高抗环境光、抗电磁干扰的能力，又可以通过选择不同的副载波频率，实现多套遥测系统在同一地区同时工作，而不会互相干扰。而且，由于红外发射管工作于开关状态，不仅能降低发射管的功耗，减小发射机的体积、重量，增加作用距离，得到较长的工作时间，同时，ASK调制方式调制线路简单，实现容易，便于晶体稳频，提高系统的可靠性。接收端解调后，数据直接进入计算机的串口，使硬件结构大为简化，且使用方便。PCM调制器采用单片机

4、实现，由它完成信号采样、AD转换、数据串行输出。经比较，我们采用了MICROCHIP公司生产的PIC16C71。它是一种低成本、低功耗、高性能、带片内AD转换器及程序存储器的8位单片机。其指令结构精炼，速度快，体积小，为18脚封装，有4个模拟输入通道，13个IO口，4个中断源，在5V电源、主频为4MHz的情况下，工作电流小于2mA。接收端选用集成化红外接收模块TEMS5380作为红外接收部分。它集红外接收、转换、滤波、放大、整形、解调于一体，具有体积小、灵敏度高、功耗低、工作可靠、调试方便的特点2。它的中心频率为38kHz，可传输数据的速率达3000波特，系统组成方框图如图1所示。图1系统组成

5、方框图系统的工作过程如下：心电放大器及电平调整电路将心电信号进行放大并调整到AD转换器所需的电平。单片机以200Hz的采样率对心电信号进行采样、AD转换，并按串行通信的格式将AD转换的结果附加起始位和停止位进行移位输出。其中，1位起始位，8位数据位，1位停止位。码速率为2400bit/s。为了便于识别起始位，传输上述10位码后，紧接着传送停止位，直至进行下次AD转换。串行输出数据控制门控电路工作。振荡分频器产生副载波频率，当串行数据码为高电平时，门控电路打开，副载波信号通过门控电路，驱动红外发光管发光。驱动电路为VMOS管，它的开关特性好，输出电流大，电路简单。红外接收模块接收到信号后，经转换

6、、滤波、放大、解调、整形，输出串行数据流。为了增大系统遥测范围，在发射端串联了6个红外发射管，而在接收端并联了4个红外接收模块，其方位彼此错开。红外接收模块输出由或门相加，然后经电平转换，变成串行通讯所要求的电平，由计算机串口输入计算机，进行分析处理。计算机工作于两个模式：实时监护模式和数据回放模式，在此之前可以输入被试者资料。在实时监护模式下。显示器实时显示心电波形及心率。当检测到异常心电图时，计算机发出声音报警。在任意时刻按存储键可以将按键前50秒的数据存储至硬盘中，在一次监护过程中至多能存储21分钟的数据。若按下冻结键，心电波形被冻结在屏幕上，可以把心电波形打印出来，此后可以按继续键继续

7、监护或按退出键退出监护模式。退出监护模式时，可以把分析结果显示出来。在回放模式中，输入文件名，可以自由选择存储在硬盘中的任意一段心电数据进行波形回放，或将数据通过网络输至救护中心，供专家进一步分析诊断。2软件设计软件设计采用模块化设计、菜单操作。其实时监护工作流程如图2所示。图2系统软件主流程图3实验结果发射端心电放大器±5V供电，红外发射管用+9V供电，其余部分用5V供电。接收端用+5V供电。红外发射管工作电流为34mA。系统的遥测距离达41m，在8m×6m×3m的大厅里，无论发射部分和接收部分处于何方位均能正常接收。在较强照明灯和强电磁干扰情况下均可靠运行，信号波形清晰，说明系统具有很强的抗环境光和电磁干扰的能力。图3实验结果4结束语经实验表明，本系统精度高，抗干扰性强，结构简单，操作方便，使用安全，作用距离较远。通过选用不同频率的副载波，可以实现在同一房间内多套遥测系统同时工作；通过提高接收部分速率，能够提高信号的采样率，实现多路生理信号的遥测，可以作为一种理想、实用的家庭医疗监护设备和远程医疗前端，是红外遥测技术应用于临床的一种有益的尝试和探索。本系统发射端采用带AD转换器的单片机，红外接收部