基于GPRS的多参数移动监护仪的设计与实现

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采用GPRS技术，W78E58B微处理器作为控制核心，研制一种便携式多参数移动监护仪，可以实时测量心电、心率、血压、体温以及血氧饱和度，具有数据分析、异常报警功能，并可通过GPRS将数据传输到监护中心。
       1 前言
       随着社会的发展和生活水平的提高，人们对生活质量也提出了更高的要求。近年来，移动医疗是远程医疗领域内的一个研究热点。移动医疗对户外病人进行实时监护，并把数据实时地发送到社区医院的监护中心，同时病人还可以享受医疗信息平台提供的各种医疗服务[1,2]。因此，具有无线移动通信功能的监护和急救系统在临床中发挥了越来越重要的作用。
       GPRS在移动用户和远端的数据网络（如TCP/IP、X125等网络）之间提供一种连接，从而给用户提供高速无线IP和无线X125业务。GPRS有其无可比拟的优越性，它采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，因此信道资源被有效地利用。利用GPRS技术实现数据分组发送和接收，用户可以永远在线，且费用按数据流量计算，而与通信时长无关，这样可以使得服务成本大大降低，减轻了用户的经济负担[3]。本文介绍一种基于GPRS技术研制的便携式多参数移动监护仪，可实时检测人体的心电信号、心率、血氧饱和度、无创血压、呼吸频率和体温等重要参数，实现对各参数的监督报警、信息存储和传输。本监护仪具有覆盖范围广、成本低、永远在线等特点，特别适用于户外急救。
       2  系统硬件设计
       移动监护仪（系统结构如图1所示）移动单元的硬件设计建立在Winbond公司的W78E58B单片机的基础上，通过扩展外围电路，实现了对生理参数数据的采集、键盘操作、生理参数LCD显示、自动报警、GPS信息获取以及与监护中心无线通信等功能。

图1 移动监护仪系统结构

       2.1 信号调理模块：
       该模块主要由心电、血氧、体温、血压模块的传感器、信号调理电路、A/D转换电路组成。信号调理电路主要实现信号的放大、滤波、陷波等处理，然后送入12位的AD574进行A/D转换，得到的数字信号从串口进入单片机。
       2.2 报警电路模块：
       监护仪把实时采集的信号进行分析，结果与设定阀值比较，实现监督报警。用户收到报警信号后，操作键盘将异常信号通过GPRS送到监护中心进行分析。
       2.3 液晶显示模块：
       采用G191液晶模块，点阵数为192×128，点尺寸为0.33×0.33mm,点距为0.04mm，驱动电源为＋5V和－20V。液晶控制器采用SED1335，该控制器用于接收来自单片机的各种指令和数据，产生相应的时序对液晶屏进行控制显示。
       2.4 GPS模块：
       GPS采用GARMIN公司GPS25－LVS系列OEM模块，是目前应用最广泛的GPS接收处理板之一，采用单一5V供电，内置保护电池，NMEA 0183 2.0格式输出，默认波特率为4800，1个起始位，8个数据位，1个停止位，无奇偶校验。
       2.5 GPRS模块：
       当用户处于异常状况时，监护仪通过GPRS向监护中心发送异常信号。GPRS 模块通过串口与单片机通讯，以完成数据收发、控制等功能。仪器向GPRS Modem（工作原理如图2所示）所示发送工作指令和数据时，数据经IP模块进行TCP/IP协议转换，打成IP数据包，由MC35模块以GPRS数据包形式发送出去，该模块内置西门子公司的MC35模块、IP模块[4]。

图2  GPRS Modem 工作原理

       3  系统软件设计
       采用混合编程方式编写系统程序，主程序采用C语言，各子程序采用汇编语言，主程序主要完成各模块的初始化，分配协调各模块使用系统资源，按键检测以及控制报警，各子程序分别实现各自相对独立功能，系统控制流程如图3所示。

图3  系统控制流程

       由于人体生理信号变化缓慢，为了确保数据采集的高精度和准确性，数据采集程序进行多通道、多采样点的流程设计[5]。液晶显示心电波形时，横轴代表时间，每1mm代表0.04s（标准走纸速度25mm/s），纵坐标代表波形幅度大小，每1mm代表0.1mv。还需要注意的是，为了消除LCD显示图形的间断现象，我们采用如下处理方法：根据前后采样点幅值差来调用向上画线和向下画线程序，若y(i)表示前一个采样点幅值，y(i+1)表示后一个采样点幅值，当y(i+1)>y(i),调用向上画垂线子程序；当y(i+1)<y(i)，调用向下画垂线子程序，当y(i+1)＝y(i)，调用画水平线子程序。若相邻两列间隔大于2点，则把两点间所有点“点亮”。为了能动态显示，每隔一定时间间隔，将显示缓冲区内对应的左边15个点波形数据清除，其余波形左移15个点，并在右边加上15个新采集的心电数据点，反复循环，从而达到动态刷新显示的效果。下面给出液晶模块绘点子程序：
       W_DOT: MOV A,O_YL ; Y坐标转换计算
       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标志位
       CLR ACC.7 ; 清D7位
       MOV B,#20H ; X坐标高位转换计算
       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坐标低位转换计算
       MOV B,#08H
       DIV AB
       ADD A,O_YL ; 商与地址累加计算
       MOV O_XL,A ; O_XL存地址低8位
       MOV A,O_XH
       ADDC A,#40H ; 加入显示二区起始地址值
       MOV O_XH,A
       CLR A ; 确定要设置点的位置
       SETB C
       INC B ; B为余数= 点位置
       W_DOT1: RRC A ; 确定点位置
       DJNZ B,W_DOT1
       MOV O_YL,A ; O_YL存点数据
       MOV COM,#46H ; 设置光标地址
       LCALL  PR1;PR1为写指令子程序
       MOV DAT1,O_XL
       LCALL  PR2;PR2为写参数子程序
       MOV DAT1,O_XH
       LCALL  PR2
       MOV COM,#43H ; MREAD 代码
       LCALL  PR1
       POP ACC
       MOV C,ACC.7
       LCALL  PR3 ; 读取当前显示数据
       MOV A,DAT1
       JNC W_DOT2 ; 消点则转
       ORL A,O_YL ; 绘点
       LJMP W_DOT3
       W_DOT2: XCH A,O_YL ; 消点
       CPL A
       ANL A,O_YL
       W_DOT3: MOV O_YL,A ; 存合成数据
       MOV COM,#46H ; 重新设置光标地址
       LCALL  PR1
       MOV DAT1,O_XL
       LCALL  PR2
       MOV DAT1,O_XH
       LCALL  PR2
       MOV COM,#42H ; MWRITE 代码
       LCALL  PR1
       MOV DAT1,O_YL
       LCALL PR2
       RET
       监控中心主要由监控台和信息管理系统组成。监控台基于Labview平台构建，主要功能是通过GPRS模块和IP绑定技术接收、处理、保存来自移动单元的数据，并将当前同监护中心连接的用户的生理数据显示出来供医生参考[6]。信息管理系统主要由电子病历系统构成，主要包含信息录入、查询及信息统计、分析等功能，为医生对病人的资料进行管理提供方便。
       试验结果表明，便携式多参数移动监护系统能实时对用户进行生理信号显示并传送到监护中心，供医务人员分析、诊断，使人们“足不出户”就可享受高水平医疗服务。监护中心操作界面如图4所示,图中波形分别为心电、血脉和呼吸波形（从上到下，从左到右）。

图4 监护中心操作界面

  


     4  小结
       随着移动通信的迅速发展，人们对网络需求不断增长和对生活质量需求的不断提高，这种基于GPRS的移动监护系统势必具有更为广泛的发展前景。本文作者创新点：移动监护仪采用当前流行的GPRS通信技术，当病人在室外活动时，可把实时的生理信号、GPS地理信息通过GPRS发送到医院服务器，从而达到移动实时监护的功效，使监护中心能及时找到用户的当前地理位置，从而使病人得到及时救治。监护中心采用美国国家虚拟仪器公司（NI）的Labview作为软件平台，界面友好、使用方便、操作简单；利用数据库对电子地图和电子病历进行管理，有助于对病人进行有效的健康监护，提高病人的生活质量和健康水平；移动监护单元采用W78E58B单片机控制，使成本得到了降低，经济实用。
       参考文献
       1.       吴效明，吴凯，岑人经等.基于B/S模式的远程医疗系统开发与研究.现代科学仪器，2003(4)：49～51
       2.       吴效明，吴凯，岑人经等.多参数心脏功能远程检测系统的研制.医疗卫生装备，2004(4)：17～18
       3.         陈广飞.基于GPRS的无线移动医疗设备系统的设计与实现.医疗卫生装备，2004(12)：7～8
       4.       罗琦琨，万振中等.便携式动态心电监护仪的研制.中国医疗器械杂志,1996(2)：63～67
       5.       Zach S.Telemedicine overview and summary.Electrical Electron ics Engineers is Israel,1996.409
       6.       吴凯,吴效明.多生理参数远程虚拟检测仪的设计与实现. 微计算机息.2006,01(1):145,146,179