基于GPRS的多參數移動監護儀的設計與實現

摘要:采用GPRS技術，W78E58B微處理器作為控制核心，研制一種便攜式多參數移動監護儀，可以實時測量心電、心率、血壓、體溫以及血氧飽和度，具有數據分析、異常報警功能，并可通過GPRS將數據傳輸到監護中心。
關鍵詞:GPRS,移動監護,多參數

1 前言

隨著社會的發展和生活水平的提高，人們對生活質量也提出了更高的要求。近年來，移動醫療是遠程醫療領域內的一個研究熱點。移動醫療對戶外病人進行實時監護，并把數據實時地發送到社區醫院的監護中心，同時病人還可以享受醫療信息平臺提供的各種醫療服務^[1,2]。因此，具有無線移動通信功能的監護和急救系統在臨床中發揮了越來越重要的作用。

GPRS在移動用戶和遠端的數據網絡（如TCP/IP、X125等網絡）之間提供一種連接，從而給用戶提供高速無線IP和無線X125業務。GPRS有其無可比擬的優越性，它采用分組交換技術，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，因此信道資源被有效地利用。利用GPRS技術實現數據分組發送和接收，用戶可以永遠在線，且費用按數據流量計算，而與通信時長無關，這樣可以使得服務成本大大降低，減輕了用戶的經濟負擔^[3]。本文介紹一種基于GPRS技術研制的便攜式多參數移動監護儀，可實時檢測人體的心電信號、心率、血氧飽和度、無創血壓、呼吸頻率和體溫等重要參數，實現對各參數的監督報警、信息存儲和傳輸。本監護儀具有覆蓋范圍廣、成本低、永遠在線等特點，特別適用于戶外急救。

2 系統硬件設計

移動監護儀（系統結構如圖1所示）移動單元的硬件設計建立在Winbond公司的W78E58B單片機的基礎上，通過擴展外圍電路，實現了對生理參數數據的采集、鍵盤操作、生理參數LCD顯示、自動報警、GPS信息獲取以及與監護中心無線通信等功能。

圖1 移動監護儀系統結構

2.1 信號調理模塊：該模塊主要由心電、血氧、體溫、血壓模塊的傳感器、信號調理電路、A/D轉換電路組成。信號調理電路主要實現信號的放大、濾波、陷波等處理，然后送入12位的AD574進行A/D轉換，得到的數字信號從串口進入單片機。

2.2 報警電路模塊：監護儀把實時采集的信號進行分析，結果與設定閥值比較，實現監督報警。用戶收到報警信號后，操作鍵盤將異常信號通過GPRS送到監護中心進行分析。

2.3 液晶顯示模塊：采用G191液晶模塊，點陣數為192128，點尺寸為0.330.33mm,點距為0.04mm，驅動電源為＋5V和－20V。液晶控制器采用SED1335，該控制器用于接收來自單片機的各種指令和數據，產生相應的時序對液晶屏進行控制顯示。

2.4 GPS模塊：GPS采用GARMIN公司GPS25－LVS系列OEM模塊，是目前應用最廣泛的GPS接收處理板之一，采用單一5V供電，內置保護電池，NMEA 0183 2.0格式輸出，默認波特率為4800，1個起始位，8個數據位，1個停止位，無奇偶校驗。

2.5 GPRS模塊：當用戶處于異常狀況時，監護儀通過GPRS向監護中心發送異常信號。GPRS 模塊通過串口與單片機通訊，以完成數據收發、控制等功能。儀器向GPRS Modem（工作原理如圖2所示）所示發送工作指令和數據時，數據經IP模塊進行TCP/IP協議轉換，打成IP數據包，由MC35模塊以GPRS數據包形式發送出去，該模塊內置西門子公司的MC35模塊、IP模塊^[4]。

圖2 GPRS Modem 工作原理

3 系統軟件設計

采用混合編程方式編寫系統程序，主程序采用C語言，各子程序采用匯編語言，主程序主要完成各模塊的初始化，分配協調各模塊使用系統資源，按鍵檢測以及控制報警，各子程序分別實現各自相對獨立功能，系統控制流程如圖3所示。

圖3 系統控制流程

由于人體生理信號變化緩慢，為了確保數據采集的高精度和準確性，數據采集程序進行多通道、多采樣點的流程設計^[5]。液晶顯示心電波形時，橫軸代表時間，每1mm代表0.04s（標準走紙速度25mm/s），縱坐標代表波形幅度大小，每1mm代表0.1mv。還需要注意的是，為了消除LCD顯示圖形的間斷現象，我們采用如下處理方法：根據前后采樣點幅值差來調用向上畫線和向下畫線程序，若y(i)表示前一個采樣點幅值，y(i+1)表示后一個采樣點幅值，當y(i+1)>y(i),調用向上畫垂線子程序；當y(i+1)y(i)，調用向下畫垂線子程序，當y(i+1)＝y(i)，調用畫水平線子程序。若相鄰兩列間隔大于2點，則把兩點間所有點“點亮”。為了能動態顯示，每隔一定時間間隔，將顯示緩沖區內對應的左邊15個點波形數據清除，其余波形左移15個點，并在右邊加上15個新采集的心電數據點，反復循環，從而達到動態刷新顯示的效果。下面給出液晶模塊繪點子程序：

W_DOT: MOV A,O_YL ; Y坐標轉換計算

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標志位

CLR ACC.7 ; 清D7位

MOV B,#20H ; X坐標高位轉換計算

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坐標低位轉換計算

MOV B,#08H

DIV AB

ADD A,O_YL ; 商與地址累加計算

MOV O_XL,A ; O_XL存地址低8位

MOV A,O_XH

ADDC A,#40H ; 加入顯示二區起始地址值

MOV O_XH,A

CLR A ; 確定要設置點的位置

SETB C

INC B ; B為余數= 點位置

W_DOT1: RRC A ; 確定點位置

DJNZ B,W_DOT1

MOV O_YL,A ; O_YL存點數據

MOV COM,#46H ; 設置光標地址

LCALL PR1;PR1為寫指令子程序

MOV DAT1,O_XL

LCALL PR2;PR2為寫參數子程序

MOV DAT1,O_XH

LCALL PR2

MOV COM,#43H ; MREAD 代碼

LCALL PR1

POP ACC

MOV C,ACC.7

LCALL PR3 ; 讀取當前顯示數據

MOV A,DAT1

JNC W_DOT2 ; 消點則轉

ORL A,O_YL ; 繪點

LJMP W_DOT3

W_DOT2: XCH A,O_YL ; 消點

CPL A

ANL A,O_YL

W_DOT3: MOV O_YL,A ; 存合成數據

MOV COM,#46H ; 重新設置光標地址

LCALL PR1

MOV DAT1,O_XL

LCALL PR2

MOV DAT1,O_XH

LCALL PR2

MOV COM,#42H ; MWRITE 代碼

LCALL PR1

MOV DAT1,O_YL

LCALL PR2

RET

監控中心主要由監控臺和信息管理系統組成。監控臺基于Labview平臺構建，主要功能是通過GPRS模塊和IP綁定技術接收、處理、保存來自移動單元的數據，并將當前同監護中心連接的用戶的生理數據顯示出來供醫生參考^[6]。信息管理系統主要由電子病歷系統構成，主要包含信息錄入、查詢及信息統計、分析等功能，為醫生對病人的資料進行管理提供方便。

試驗結果表明，便攜式多參數移動監護系統能實時對用戶進行生理信號顯示并傳送到監護中心，供醫務人員分析、診斷，使人們“足不出戶”就可享受高水平醫療服務。監護中心操作界面如圖4所示,圖中波形分別為心電、血脈和呼吸波形（從上到下，從左到右）。

圖4 監護中心操作界面

4 小結

隨著移動通信的迅速發展，人們對網絡需求不斷增長和對生活質量需求的不斷提高，這種基于GPRS的移動監護系統勢必具有更為廣泛的發展前景。本文作者創新點：移動監護儀采用當前流行的GPRS通信技術，當病人在室外活動時，可把實時的生理信號、GPS地理信息通過GPRS發送到醫院服務器，從而達到移動實時監護的功效，使監護中心能及時找到用戶的當前地理位置，從而使病人得到及時救治。監護中心采用美國國家虛擬儀器公司（NI）的Labview作為軟件平臺，界面友好、使用方便、操作簡單；利用數據庫對電子地圖和電子病歷進行管理，有助于對病人進行有效的健康監護，提高病人的生活質量和健康水平；移動監護單元采用W78E58B單片機控制，使成本得到了降低，經濟實用。

參考文獻

1. 吳效明，吳凱，岑人經等.基于B/S模式的遠程醫療系統開發與研究.現代科學儀器，2003(4)：49～51
2. 吳效明，吳凱，岑人經等.多參數心臟功能遠程檢測系統的研制.醫療衛生裝備，2004(4)：17～18
3. 陳廣飛.基于GPRS的無線移動醫療設備系統的設計與實現.醫療衛生裝備，2004(12)：7～8
4. 羅琦琨，萬振中等.便攜式動態心電監護儀的研制.中國醫療器械雜志,1996(2)：63～67
5. Zach S.Telemedicine overview and summary.Electrical Electron ics Engineers is Israel,1996.409
6. 吳凱,吳效明.多生理參數遠程虛擬檢測儀的設計與實現. 微計算機息.2006,01(1):145,146,179