專利名稱：具有gsm/gprs通訊及gps功能的心電監(jiān)護儀的制作方法
技術領域：
具有GSM/GPRS通訊及GPS功能的心電監(jiān)護儀屬于心電監(jiān)護儀制造的技術領域。
背景技術：
目前，心電遠程監(jiān)護較多使用的是電話線傳輸心電數(shù)據(jù)。由患者佩戴袖珍式心電監(jiān)護儀對患者心電進行監(jiān)護和初步分析，存儲異常心電并報警?；颊呖梢噪S時將存儲的或實時的心電信號通過公用電話網(wǎng)以數(shù)字調制方式送至醫(yī)院監(jiān)護中心，使醫(yī)生能及時地診斷，提供救治指導或組織搶救。但這種技術必須是有公用電話網(wǎng)的地方才能使用，限制了用戶的活動范圍。
本實用新型的目的在于提供一種具有遠程無線心電監(jiān)護，GPS全球定位功能，體積小，功耗低，操作方便，心電信號分析可靠，系統(tǒng)穩(wěn)定度高，具有GSM/GPRS通訊及GPS功能的心電監(jiān)護儀。
本實用新型的特征在于它含有心電信號處理電路，以MSP430芯片為主構成的單片機，預存心電數(shù)據(jù)處理程序以及通訊協(xié)議處理程序。
芯片MOBI2002構成的液晶控制電路和液晶顯示屏，它們依次和所述的單片機的顯示信號輸出相串連。
心電整形放大電路及普通心電電極，它們依次和所述單片機的心電監(jiān)護電路輸入端相連。所述的心電整形放大電路它由以下依次串連的電路構成前置濾波電路，前端采用芯片LM324，它的信號輸入端與所述心電電極正、負電極相連。
差動放大電路，采用芯片INA128高通濾波電路，它是一個由通用運算放大器LM324及電阻，電容組成用來濾掉低頻干擾信號。
電平調整電路，它是由一個通用運算放大器LM324及電阻，電容組成用來把心電信號轉換到MSP430片上的A/D轉換器的電壓輸入范圍。
主放大電路，它是一個由運算放大器LM324和數(shù)字電位器MAX5464組成的心電信號可調的放大電路，用于調整放大倍數(shù)的數(shù)字電位器由所述的單片機控制。
低通濾波電路，它是一個用MAX7414芯片組成的4階巴特沃茲低通濾波器。其輸出端與單片機的心電信號的輸入端相連。
右腳驅動電路，主要是由芯片MAX494構成，所述的芯片MAX494的正輸入端接地，負輸入端經(jīng)限流電路接差動放大器的1腳和8腳。所述的芯片MAX494的輸出端接人體的右腿的另一個心電電極。所述的芯片MAX494的輸出端與負輸入端之間并聯(lián)著一個電阻和一個電容。
DC-DC直流電壓變換電路，它分別由芯片MAX1705和MAX828組成。所述的MAX1705和MAX828芯片皆由正常工作電壓為4.5伏的鋰電池供電。所選芯片的輸出電壓分別為+3V，+5V以及-3V。
存貯電路由FLASH芯片AT45DB161B和一些電阻組成。所述的單片機的數(shù)據(jù)和時序線的端口P3經(jīng)SPI總線與所述的存貯電路的輸入端相連。
FALCOM C2D-SI和一些電阻構成GPRS/GSM/GPS組件和GPS定位組件。他們組成的GPRS/GSM/GPS組件，所述的單片機的P3端口的兩根線與FALCOM組件相連，通過所述的單片機的異步通訊口控制FALCOM組件的GPRS通訊電路，同時所述兩根線通過GPS電路接收GPS數(shù)據(jù)；所述的單片機也可經(jīng)FALCOM組件用無線方式與因特網(wǎng)相連。
本實用新型的工作原理為將0-5mv的心電信號放大到0-3V，由單片機控制A/D變換器將模擬的心電信號量轉換成數(shù)字量。將單片機的定時器設置成1/256秒，以實現(xiàn)256Hz心電圖采樣。液晶屏進行實時的心律顯示，單片機進行實時的心電數(shù)據(jù)計算，如果心電數(shù)據(jù)滿足報警標準，報警。最后把這個編碼值由單片機控制存儲到FLASH存儲器中。如果要進行數(shù)字傳輸，則是通過單片機的接口相連的通訊組件，在單片機的控制下，數(shù)據(jù)從FLASH取出，最后通過通訊組件將數(shù)據(jù)送出。
本實用新型可以進行心電信號的長期記錄，采用大容量的FLASH存儲芯片，最終可存儲11小時的心電數(shù)據(jù)；單片機通過IIC總線控制液晶組件PCF8548，在MOBI2002-01上顯示心律和報警信息。單片機的IIC接口由普通輸入輸出口線模擬。系統(tǒng)的數(shù)字電路芯片全部采用3V供電；并且用DC-DC變換提供給系統(tǒng)穩(wěn)定電源。
本實用新型可以進行心電信號的實時心律分析。在單片機內編寫軟件對心電數(shù)據(jù)進行處理，計算心律。并將心律顯示在液晶屏上。如果心律出現(xiàn)停博、漏搏將在液晶屏上顯示標志表示心電異常。
本實用新型可以進行無線的數(shù)據(jù)傳輸和全球定位。單片機控制GPRS/GSM通訊及GPS定位組件FALCOM-C2D?？梢酝ㄟ^接口從FALCOM組件中讀出全球定位信息。
也可以通過接口從FALCOM組件采用無線的方式向Internet網(wǎng)絡上的一個地址發(fā)送心電數(shù)據(jù)。接收端可以采用連接到Internet的計算機、掌上電腦等終端接受數(shù)據(jù)。
本實用新型可記錄5-6小時的心電數(shù)據(jù)；功耗低，總體功耗小于200mW。


圖1，本實用新型的總體構成原理框圖。
圖2，本實用新型實施例的心電采集電路圖。
圖3，本實用新型實施例心電采集電路的右腳驅動原理圖。
圖4，本實用新型實施例的程序框圖。a，主程序b，監(jiān)護子程序圖5，本實用新型數(shù)據(jù)傳送子程序的程序連接過程框圖。
圖6，本實用新型數(shù)據(jù)傳送子程序的數(shù)據(jù)傳送過程框圖。
圖7，本實用新型實施心電放大效果示意圖。
圖8，本實用新型實施心電數(shù)據(jù)傳送示意圖。
具體實施方式
圖1為本實施例的總體構成原理框圖，圖中1是MSP430為核心的單片機系統(tǒng)，2是MOBI2002液晶控制組件，3是液晶屏，4是按鍵控制電路，5是薄膜按鍵，6是心電整形放大電路，7是普通心電電極(本實例使用的是CONMED公司的一次性Ag/Agcl電極)，8是直流電源變換電路，9是普通鋰電池，10是GPRS/GSM/GPS組件，11是因特網(wǎng)，12是FLASH存儲器。各電路的組成及工作原理分別詳細說明如下1其核心部件為MSP430單片機MSP430F149，其特點是功耗低，功能多強自帶A/D轉換，和兩個定時器兩個同步/異步通訊口。
2是MOBI2002液晶控制顯示電路，MSP430單片機P4口的兩根線作為數(shù)據(jù)和時鐘線，采用IIC協(xié)議，控制液晶組件MOBI20024鍵盤控制電路，MSP430單片機P3口的4根普通口線用作功能按鍵輸入線，檢測是否有按鍵輸入。
5心電采集電路，圖3為本實用新型實施例的心電采集電路原理圖。心電信號放大器包括前置處理、儀用放大器、高通濾波、主放大、低通濾波器。其作用是將0-5mV的1心電信號放大到0-3V，同時除去基線漂移、50Hz工頻干擾和高頻噪聲。
前置濾波線路，濾除高頻干擾。前級采用通用運算放大器LM324進行高通濾波。
儀用放大器INA128可對由兩個電極輸入的信號進行差動放大，放大倍數(shù)可調整。右腿驅動電路，用來濾除人體的50赫茲工頻干擾。
通用運算放大器LM324及電阻電容組成電平調整電路，將心電信號轉換到MSP430的片上12位A/D轉換組件的輸入電壓范圍。
通用運算放大器LM324和數(shù)字電位器MAX5464組成心電信號主放大電路。通過單片機控制數(shù)字電位器來調整放大倍數(shù)。
用MAX7414組成4階巴特沃茲低通濾波器。進行低通濾波后，將信號傳入單片機。
單片機對數(shù)據(jù)進行進一步的處理。
8，DC-DC直流電壓輸出電路，系統(tǒng)使用正常工作電壓4.5V的鋰電池作為基礎能源，通過DC-DC(直流-直流)的變換，產(chǎn)生數(shù)字電路和模擬電路所需的3V、+5V、-5V電壓。由于DC-DC輸入電壓范圍是0.8V-輸出電壓。只要不低于0.8V，輸出電壓仍然能保持在所設定的值上。MAX1705可產(chǎn)生+3V和+5V的穩(wěn)定電壓。MAX828B可產(chǎn)生-3V的穩(wěn)定電壓。
10，GPRS/GPS組件控制電路
MSP430單片機的P3口的兩根線與FALCOM組件連接通過異步通訊口來控制FALCOM組件的GPRS通訊部分。MSP430單片機的P3口的兩根線與FALCOM組件連接，控制組件的GPS部分接收GPS數(shù)據(jù)。
12，存貯電路MSP430單片機P3口用作數(shù)據(jù)和時鐘線，采用SPI總線方式，與FLASH AT45DB161B通訊。
圖3為右腳驅動電路。用芯片MAX494和電容，電阻連接而成。一端接差動放大器1，8兩腳。另一端接人體的右腿上的心電電極。它可以用來減小50Hz工頻電壓干擾對電路的影像。
圖4為本實用新型實施例的程序框圖。系統(tǒng)軟件是由主程序和中斷服務子程序兩大部分組成。主程序主要完成按鍵的循環(huán)檢測，如果有功能鍵按下，則將相應標志置位，并進入相應的服務子程序。
服務子程序包括I心電圖記錄子程序、II數(shù)據(jù)傳送子程序。
I心電圖記錄子程序將原始心電數(shù)據(jù)保存到FLASH存儲芯片中。數(shù)字傳送子程序控制FALCOM組件將數(shù)據(jù)以無線的方式傳到中心站。中斷服務子程序設置為1/256定時中斷，實現(xiàn)256Hz心電圖采樣。
程序初始化后啟動A/D定時終端，以200Hz的頻率啟動AD轉換。如果接受到心電數(shù)據(jù)后，程序進行自學習得到自學習域值。隨后進入監(jiān)護子程序，發(fā)現(xiàn)有異常心電時顯示報警信息，并調用通訊子程序傳送數(shù)據(jù)。如果接收到按鍵的信號也可以進入到通訊子程序。
監(jiān)護子程序中，先對得到的心電數(shù)據(jù)進行50Hz陷波處理。依次進行R波檢測，心率計算，心動過速過緩計算，P波檢測，房早室早檢測，漏博檢測。
II數(shù)據(jù)傳送子程序實現(xiàn)了通過GSM/GPRS組件撥號上網(wǎng)，由便攜式心電監(jiān)護儀向監(jiān)護中心站發(fā)送心電數(shù)據(jù)的功能。主要包括兩個部分，一是通過AT指令對GSM/GPRS組件的控制，一是與組件建立PPP協(xié)議(點對點協(xié)議)連接以后，在其上實現(xiàn)的精簡的IP、TCP等高級網(wǎng)絡協(xié)議。在有限的程序存儲空間內完成了協(xié)議請求、應答，數(shù)據(jù)打包、發(fā)送，超時重發(fā)，出錯退出等功能。可以向撥號上網(wǎng)連接到INTERNET上的任何一個運行了相應服務器程序的PC機上傳送心電數(shù)據(jù)。
圖5為數(shù)據(jù)傳送子程序的程序連接過程框圖。通訊子程序中，先對GPRS/GSM組件寫入AT指令，程序進入PPP包模式，發(fā)送LCP協(xié)議配置請求，接受LCP協(xié)議配置相應，接受網(wǎng)絡上服務器傳送過來的LCP協(xié)議配置請求，發(fā)送LCP協(xié)議配置回應，接受CHAP，PAP協(xié)議配置回應，發(fā)送NCP協(xié)議配置請求并激活IP協(xié)議，接受IPCP協(xié)議配置回應，以IP協(xié)議格式發(fā)送數(shù)據(jù)，以IP協(xié)議格式處理接收到的數(shù)據(jù)，最終建立網(wǎng)絡連接。
圖6為數(shù)據(jù)傳送子程序的數(shù)據(jù)傳送過程框圖。發(fā)送數(shù)據(jù)程序中，發(fā)送SYN信息，接收SYN信息的回應。如果沒有響應轉到TCP狀態(tài)機進行異常處理，如果有響應以IP，TCP協(xié)議打包數(shù)據(jù)發(fā)送。檢測到是否有響應，如果沒有響應轉到TCP狀態(tài)機進行異常處理。判斷是否仍要繼續(xù)發(fā)送，是的話繼續(xù)以IP，TCP協(xié)議打包數(shù)據(jù)發(fā)送。不是的發(fā)送FIN信息，接受FIN信息的回應，結束發(fā)送的程序。
經(jīng)過檢測，改實用新型可以長時間正常的工作。用示波器觀察A/D采樣前的心電信號如圖7所示。該實用新型可以將心電數(shù)據(jù)準確的發(fā)送到中心站。中心站的電腦中有相應的程序接收數(shù)據(jù)。中心站心電圖顯示的波形如圖8所示。
單片機A/D轉換后得到的一組數(shù)據(jù)如下所示(以16進制表示，最大值FF，最小值00)14 19 18 15 17 1B 1B 18 1A 1E 1E 1A 1C 20 20 1C1D 20 1F 1A 1B 1F 1F 1C 1E 21 1F 1D 1E 21 22 1F1B 1C 1D 1C 18 1A 1B 1B 19 1B 1D 1E 1B19 1B 1D 1E 1C 1E 1E 1E 1B 1E 1F 20 1D1D 21 21 22 1F 20 1F 1F 1B 1E 1E 1E 1B 1E 1F 20 1D1B 1D 1D 1F 1D 1F 1D 1F 1B 1E 1B 1D 1A1B 1E 1D 1F 1D 21 1E 1F 1C 20 1E 1F 1D1B 1E 1D 1F 1E 22 1E 1F 1E 23 22 22 20通過網(wǎng)絡傳輸在中心站電腦上接收到的數(shù)據(jù)如下所示(以16進制表示，最大值FF，最小值00)1D 20 1F 1A 1B 1F 1F 1C 1E 21 1F 1D 1E 21 22 1F1B 1C 1D 1C 18 1A 1B 1B 19 1B 1D 1E 1B19 1B 1D 1E 1C 1E 1E 1E 1B 1E 1F 20 1D1D 21 21 22 1F 20 1F 1F 1B 1E 1E 1E 1B 1E 1F 20 1D1B 1D 1D 1F 1D 1F 1D 1F 1B 1E 1B 1D 1A1B 1E 1D 1F 1D 21 1E 1F 1C 20 1E 1F 1D1B 1E 1D 1F 1E 22 1E 1F 1E 23 22 22 20試驗證明可以正確無誤的傳輸數(shù)據(jù)。
權利要求1.具有GSM/GPRS通訊及GPS功能的心電監(jiān)護儀，其特征在于它含有心電信號處理電路，以MSP430芯片為主構成的單片機，預存心電數(shù)據(jù)處理程序以及通訊協(xié)議處理程序；芯片MOBI2002構成的液晶控制電路和液晶顯示屏，它們依次和所述的單片機的顯示信號輸出相串連；心電整形放大電路及普通心電電極，它們依次和所述單片機的心電監(jiān)護電路輸入端相連；所述的心電整形放大電路它由以下依次串連的電路構成前置濾波電路，前端采用芯片LM324，它的信號輸入端與所述心電電極正、負電極相連，差動放大電路，采用芯片INA128，高通濾波電路，它是一個由通用運算放大器LM324及電阻，電容組成用來濾掉低頻干擾信號，電平調整電路，它是由一個通用運算放大器LM324及電阻，電容組成用來把心電信號轉換到MSP430片上的A/D轉換器的電壓輸入范圍，主放大電路，它是一個由運算放大器LM324和數(shù)字電位器MAX5464組成的心電信號可調的放大電路。用于調整放大倍數(shù)的數(shù)字電位器由所述的單片機控制，低通濾波電路，它是一個用MAX7414芯片組成的4階巴特沃茲低通濾波器，其輸出端與單片機的心電信號的輸入端相連，右腳驅動電路，主要是由芯片MAX494構成，所述的芯片MAX494的正輸入端接地，負輸入端經(jīng)限流電路接差動放大器的1腳和8腳。所述的芯片MAX494的輸出端接人體的右腿的另一個心電電極。所述的芯片MAX494的輸出端與負輸入端之間并聯(lián)著一個電阻和一個電容，DC-DC直流電壓變換電路，它分別由芯片MAX1705和MAX828組成。所述的MAX1705和MAX828芯片皆由正常工作電壓為4.5伏的鋰電池供電。所選芯片的輸出電壓分別為+3V、+5V以及-3V；存貯電路由FLASH芯片AT45DB161B和一些電阻組成，所述的單片機的數(shù)據(jù)和時鐘線的端口P3經(jīng)SPI總線與所述的存貯電路的輸入端相連；FALCOM C2D-SI和一些電阻構成的GPRS/GSM/GPS組件和GPS定位組件，所述的單片機的異步通訊口P3端口的兩根線與FALCOM組件組成的GPRS通訊電路相連，同時所述兩根線還與GPS電路的數(shù)據(jù)輸出端相連；所述的單片機可經(jīng)FALCOM組件用無線方式與因特網(wǎng)相連。
專利摘要具有GSM/GPRS通訊及GPS功能的心電監(jiān)護儀，其特征在于它包括單片機、與單片機相連的GSM/GPRS協(xié)議通訊和GPS定位組件及該組件控制接口、A/D采集器、功能按鍵、FLASH存儲芯片、預先儲存在單片機內的心電數(shù)據(jù)處理程序、通訊協(xié)議處理程序，還包括通過心電信號放大器與A/D采集器相連的心電電極，以及DC－DC直流電壓輸出電源。本心電記錄儀具有體積小，功耗低，便于攜帶，智能化，操作簡單方便，心電數(shù)據(jù)存儲容量大的特點。并可無線傳輸心電數(shù)據(jù)到連接到因特網(wǎng)上的電腦，電腦中有相應的程序接收數(shù)據(jù)。
文檔編號A61B5/0402GK2688227SQ20032012967
公開日2005年3月30日 申請日期2003年12月26日 優(yōu)先權日2003年12月26日
發(fā)明者白凈, 張永紅, 王叢知, 楊孫勇 申請人:清華大學