專利名稱：多通道呼吸生理信號無線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及遙測無線監(jiān)護技術，具體是指多通道呼吸生理信號無線監(jiān) 測系統(tǒng)。
背景技術：
基于GSM (Global System for Mobile Communications)禾口 GPRS (General Packet Radio Service)的無線監(jiān)護儀雖然移動性強、但數據傳輸速率低，發(fā) 射功率大，而且通常只有一個通道?；谒{牙技術的遙測無線監(jiān)護儀則傳輸 距離較短，使用受限。
呼吸疾病的診治有賴于呼吸信號的監(jiān)測，呼吸信號的無線監(jiān)測對6分鐘步 行試驗的評價，病房里的病人的監(jiān)測有重大價值。目前尚無多通道呼吸信號無 線監(jiān)護系統(tǒng)。呼吸信號無線監(jiān)護系統(tǒng)要求同時獲取多通道膈肌肌電、心電、呼 吸壓力及呼吸氣流等生物微弱信號。例如肌電信號幅度可能只有幾個微伏，但 其頻率較高，高達500Hz。而呼吸壓力及呼吸氣流信號的頻率則主要i^0-2011z 范圍。要實現(xiàn)無失真采集各種呼吸生物信號包括膈肌肌電、呼吸壓力及呼吸氣 流信號，要求高采樣率。另外，呼吸無線監(jiān)護儀要求輕便可隨身攜帶，實時監(jiān) 測。目前尚沒有能同時對多種呼吸生理信號進行長距離(達100米)高精度、 實時遙測的技術。
發(fā)明內容
本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點與不足，提供一種多通道 呼吸生理信號無線監(jiān)測系統(tǒng)，受試者只需配戴可隨身攜帶的數據采集發(fā)送端便 可把5通道膈肌肌電信號或心電信號，3通道呼吸壓力及流量信號通過無線方 式傳送到遠端的監(jiān)護中心，監(jiān)護中心可對多通道信號進行實時或事后的顯小-、 存儲、分析與處理。
本實用新型的目的通過下述方案實現(xiàn)本多通道呼吸生理信號無線監(jiān)測系 統(tǒng)，包括依次連接的傳感器、數據采集發(fā)送端、數據接收端以及PC機，所述 傳感器為放置在病人身上的膈肌信號檢測管或多功能呼吸信號檢測管，所述數 據采集發(fā)送端包括電源模塊及依次連接的多通道信號放大模塊、A/D采集與轉 換模塊、MCU控制模塊、無線發(fā)射模塊，所述電源模塊同時與多通道信號放大
模塊、A/D采集與轉換模塊、MCU采集發(fā)射控制模塊、無線發(fā)射模塊分別連接; 所述數據接收端包括相互連接的無線接收模塊、MCU接收控制模塊，所述MCU 接收控制模塊與PC機連接。
為更好地實現(xiàn)本實用新型，所述數據采集發(fā)送端由受試者隨身攜帶；所述 數據接收端放置在遠端監(jiān)測室。
所述多通道信號放大模塊包括依次連接具有高輸入阻抗、高共抑制比和低 噪聲、低溫漂能力的放大器模塊以及多通道模擬開關；該放大器模塊包含有依 次連接的放大器、濾波器及50HZ陷波器。
所述A/D采集與轉換模塊的作用是把放大模塊輸出的多通道模擬信號轉 換成數字信號。由于膈肌肌電信號幅值十分微弱，故需要高精度A/D采集與轉 換模塊對其進行采樣，所述A/D采集與轉換模塊采用16位高精度數據采集芯 片以便于實時應用，由于本系統(tǒng)要監(jiān)測的膈肌肌電信號頻率較高(大部分頻率 分布在20 — 250Hz)，因此這里A/D采集與轉換模塊的采樣率取為lkHz，采樣 過程由MCU采集發(fā)射控制模塊控制。
所述MCU采集發(fā)射控制模塊為單片機，是整個數據采集發(fā)送端的核心，這 里選用16位具有超低功耗、運行速度快、資源豐富、處理能力強、開發(fā)方便 等優(yōu)點的單片機，以滿足采用普通電池供電也能維持本系統(tǒng)長時間連續(xù)使用的 要求。
所述MCU接收控制模塊同樣也為16位單片機，其可以通過USB傳輸模塊 與PC主機連接。
考慮到8通道呼吸信號無線監(jiān)護系統(tǒng)要求的無線傳輸速率高、距離較遠以 及發(fā)射功率較低等因素，而GPRS網絡和藍牙技術都無法全部滿足上述要求， 電通道主要設定為在315、 433、 868和915MHz的頻率波段。本系統(tǒng)所述的無 線發(fā)射模塊和無線接收模塊是一對一設置，采用MSK調制解調方式、固定長度 數據包模式，工作頻段為433麗z的UHF頻段，采用頻分多址的方式，每個通 道的帶寬為200khz，傳輸速率為500kbps，發(fā)射功率為10dbm。
所述數據采集發(fā)送端的電源模塊采用低功耗設計，其冇效電壓范nrAi
2.5V—3.2V，本系統(tǒng)可連續(xù)工作2個小時以上；電源模塊包括電源及其分別連 接的升壓器、線性穩(wěn)壓器、二極管穩(wěn)壓管，所述電源可以是普通電池或鋰電池，
所述升壓器、線性穩(wěn)壓器、二極管穩(wěn)壓管組成穩(wěn)壓電通道。生理信號為微弱信 號，要求系統(tǒng)有強抗干擾能力和超低噪聲設計。電源模塊為數據采集發(fā)送端各 個模塊提供所需的各種供電電壓，電源模塊的性能決定著系統(tǒng)的性能。數據采
集發(fā)送端各個模塊的供電電壓有+ 5V， +3.3V以及+ 2V。電池輸出電壓需經 升壓器升壓到+ 5V， 3.3V的電壓可由線性穩(wěn)壓器得到，+2V電壓可以通過二極 管穩(wěn)壓管得到。升壓器與線性穩(wěn)壓器應采用具有低噪聲、低紋波、高效率等優(yōu) 點的芯片，以保證采集數據的準確性。
本實用新型相對于現(xiàn)有技術具有如下的優(yōu)點及效果本實用新型的數據采
集發(fā)送端具有微型化，隨身攜帶、低功耗工作時間長、取樣速率高、失真小特
點；本系統(tǒng)首次對呼吸信號包括膈肌肌電信號、心電信號呼吸壓力信號及流 量進行無線采集、傳輸。受試者只需配戴信號數據采集發(fā)送端便可把高達8 通道的呼吸信號或心電信號通過無線方式傳送到遠端的監(jiān)護室，實時監(jiān)測顯 示、存儲、分析與處理或待后進一步的分析處理，從而實現(xiàn)呼吸信號的無線監(jiān)


圖1是本實用新型基于無線數據傳輸通信的多通道信號參數監(jiān)護系統(tǒng)的 結構示意圖2為圖1所示多通道信號放大模塊的內部結構示意圖； 圖3為本實用新型基于無線數據傳輸通信的多通道信號參數監(jiān)護方法的 采樣中斷服務程序流程圖。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細說明，但本實用新型的 實施方式不限于此。 實施例
如圖1所示，本多通道呼吸生理信號無線監(jiān)測系統(tǒng)，包括依次連接的傳感 器、數據采集發(fā)送端、數據接收端以及PC機，所述傳感器為放置在病人身上 的膈肌信號檢測管或多功能呼吸信號檢測管，所述數據采集發(fā)送端包括電源模 塊及依次連接的多通道信號放大模塊、A/D采集與轉換模塊、MCU控制模塊、 無線發(fā)射模塊，所述電源模塊同時與多通道信號放大模塊、A/D采集與轉換模 塊、MCU采集發(fā)射控制模塊、無線發(fā)射模塊分別連接；所述數據接收端包括相
互連接的無線接收模塊、MCU接收控制模塊，所述MCU接收控制模塊與PC機連接。
所述數據采集發(fā)送端由受試者隨身攜帶；所述數據接收端放置在遠端監(jiān)測室。
如圖2所示，所述多通道信號放大模塊包括依次連接具有高輸入阻抗、高 共抑制比和低噪聲、低溫漂能力的放大器模塊以及多通道模擬開關；該放大器 模塊包含有依次連接的濾波器及50HZ陷波器。
所述A/D采集與轉換模塊采用16位高精度數據采集芯片以便于實時應用， 本A/D采集與轉換模塊的采樣率取為lkHz，采樣過程由MCU采集發(fā)射控制模 塊控制。
所述MCU采集發(fā)射控制模塊、MCU接收控制模塊采用具有超低功耗、運行 速度快、資源豐富、處理能力強、開發(fā)方便等優(yōu)點的16位單片機為單片機， 所述MCU接收控制模塊通過USB傳輸模塊與PC主機連接。
考慮到8通道呼吸信號無線監(jiān)護系統(tǒng)要求的無線傳輸速率高、距離較遠以 及發(fā)射功率較低等因素，而GPRS網絡和藍牙技術都無法全部滿足上述要求， 電通道主要設定為在315、 433、 868和915MHz的頻率波段。本實用新型的無 線發(fā)射模塊采用Chipcon公司的CC1100無線數據傳輸芯片，其最大發(fā)射功率 僅為10dbm，在1. 2kbps數據傳輸率和1%數據包誤差率下，接收靈敏度高達 -llOdBm。該RF收發(fā)芯片集成了一個高度可配置的調制解調器，它支持不同的 調制格式，數據傳輸率可達500kbps。 CC1100還為數據包處理、數據緩沖、突 發(fā)數據傳輸、清晰信道評估、鏈通道質量指示提供廣泛的硬件支持。CC1100 的主要操作參數和64位發(fā)射/接收FIFO (先進先出堆桟)可由MCU控制模塊 通過SPI接口控制。
由于CC1100不需要很多其它的外接電通道，可根據要求通過MCU靈活設 置芯片的各個參數。本系統(tǒng)所述的無線發(fā)射模塊和無線接收模塊是一對一設 置，采用MSK調制解調方式、固定長度數據包模式，工作頻段為433MHz的UHF 頻段，采用頻分多址的方式，每個通道的帶寬為200khz，傳輸速率為500kbps， 發(fā)射功率為10dbm。
所述數據采集發(fā)送端的電源模塊采用低功耗設計，其有效電壓范圍為 2. 5V-3. 2V，本系統(tǒng)可連續(xù)工作2個小時以上；電源模塊包括電源及其分別連 接的升壓器、線性穩(wěn)壓器、二極管穩(wěn)壓管，所述電源可以是普通電池或鋰電池，
所述升壓器、線性穩(wěn)壓器、二極管穩(wěn)壓管組成穩(wěn)壓電通道。生理信號為微弱信 號，要求系統(tǒng)有強抗干擾能力和超低噪聲設計。電源模塊為數據采集發(fā)送端各 個模塊提供所需的各種供電電壓，電源模塊的性能與系統(tǒng)的性能有關。數據采
集發(fā)送端各個模塊的供電電壓有+ 5V， +3.3V以及+ 2V。電池輸出電壓需經 升壓器升壓到+ 5V， 3.3V的電壓可由線性穩(wěn)壓器得到，+2V電壓可以通過二極 管穩(wěn)壓管得到。升壓器與線性穩(wěn)壓器應采用具有低噪聲、低紋波、高效率等優(yōu) 點的芯片，以保證采集數據的準確性。
如圖1所示，采用上述多通道呼吸生理信號無線監(jiān)測系統(tǒng)的工作過程，是 指數據采集發(fā)送端通過傳感器連續(xù)采集受試者的多項呼吸生理信號，通過無線 通信的方式，把數據傳送到遠端監(jiān)測室的數據接收端并存儲到計算機內，通過 計算機主機根據接收的生理信號進行相應處理，其具體步驟為-
(1) 系統(tǒng)上電復位后先進行初始化，選擇工作方式，然后進入低功耗模 式，等待MCU采集發(fā)射控制模塊的采樣定時器中斷；
(2) 多通道信號放大模塊對多通道信號放大處理后，MCU采集發(fā)射控制 模塊采用采樣中斷服務的方法，對多通道信號放大模塊進行選通控制，通過 A/D采集與轉換模塊依次對多通道模擬信號進行采樣；A/D采集與轉換模塊對 采樣信號數據進行A/D轉換后傳送到無線發(fā)射模塊，由MCU采集發(fā)射控制模塊 控制無線發(fā)射模塊把數據無線發(fā)送到數據接收端；
(3) 數據接收端通過無線接收模塊接收由數據采集發(fā)送端的無線發(fā)射模 塊發(fā)送過來的信號并存入MCU接收控制模塊，MCU接收控制模塊控制USB傳輸 模塊把數據傳輸到PC主機；
(4) 通過PC主機根據接收的不同的生理信號進行相應處理則可實現(xiàn)的實 時顯示、存儲、分析與處理，從而實現(xiàn)多通道信號參數監(jiān)護。
步驟(1)所述采樣定時器的中斷定時為lms，即設定lk的采樣頻率。 如圖3所示，步驟(2)所述采樣中斷服務的方法，對多通道信號放大模
塊進行選通控制，通過A/D采集與轉換模塊依次對多通道模擬信號進行采樣，
具體步驟為
采樣定時器中斷產生后，MCU采集發(fā)射控制模塊清看門狗，防止看門狗超 時復位，并判斷是否己經采集完各通道信號
如果沒有采集完各通道信號，則MCU采集發(fā)射控制模塊控制A/D采集與轉 換模塊采集當前通道信號并保存，然后再控制多通道信號放大模塊的多通道模
擬開關選通下一通道，循環(huán)以上過程直至處理完8通道信號；
如果己經采集完各通道信號，則MCU采集發(fā)射控制模塊控制多通道信號放
大模塊的多通道模擬開關選通0通道，以備下一輪采樣；判斷數據是否滿32
字節(jié)，如果是，則無線發(fā)送數據，退出中斷開，如果否，則直接退出中斷。
如圖2所示，所述多通道信號放大模塊對信號放大處理的步驟包括多通
道信號放大模塊的放大器模塊把輸入的多通道呼吸信號包括膈肌肌電\呼吸壓 力及氣流信號進行放大以及濾波、陷波，然后通過多通道模擬開關選通的當前
通道，輸入A/D采集與轉換模塊的輸入端。
如上所述，便可較好地實現(xiàn)本實用新型，上述實施例為本實用新型較佳的 實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未 背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1、多通道呼吸生理信號無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于包括依次連接的傳感器、數據采集發(fā)送端、數據接收端以及PC機，所述傳感器為放置在病人身上的膈肌信號檢測管或多功能呼吸信號檢測管，所述數據采集發(fā)送端包括電源模塊及依次連接的多通道信號放大模塊、A/D采集與轉換模塊、MCU控制模塊、無線發(fā)射模塊，所述電源模塊同時與多通道信號放大模塊、A/D采集與轉換模塊、MCU采集發(fā)射控制模塊、無線發(fā)射模塊分別連接；所述數據接收端包括相互連接的無線接收模塊、MCU接收控制模塊，所述MCU接收控制模塊與PC機連接。
2、 根據權利要求l所述多通道呼吸生理信號無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于 所述數據采集發(fā)送端由受試者隨身攜帶；所述數據接收端放置在遠端監(jiān)測室。
3、 根據權利要求l所述多通道呼吸生理信號無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在十 所述多通道信號放大模塊包括依次連接的放大器模塊以及多通道模擬幵關；所 述放大器模塊包含有依次連接的放大器、濾波器及50HZ陷波器。
4、 根據權利要求1所述多通道呼吸生理信號無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于 所述A/D采集與轉換模塊采用16位高精度數據采集芯片，采樣率取為lkHz。
5、 根據權利要求1所述多通道呼吸生理信號無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于 所述MCU采集發(fā)射控制模塊、MCU接收控制模塊采用16位單片機，所述MCU接 收控制模塊通過USB傳輸模塊與PC主機連接。
6、 根據權利要求1所述多通道呼吸生理信號無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于 所述無線發(fā)射模塊和無線接收模塊是一對一設置，采用MSK調制解調方式、固 定長度數據包模式，工作頻段為433MHz的UHF頻段，采用頻分多址的方式，每 個通道的帶寬為200khz，傳輸速率為500kbps，發(fā)射功率為10dbm。
專利摘要本實用新型提供多通道呼吸生理信號無線監(jiān)測系統(tǒng)，包括依次連接的傳感器、數據采集發(fā)送端、數據接收端以及PC機，傳感器為病人身上的膈肌信號檢測管或多功能呼吸信號檢測管，采集發(fā)送端包括電源模塊及依次連接的多通道信號放大模塊、AD轉換模塊、MCU采集發(fā)射控制模塊、無線發(fā)射模塊，電源模塊同時與多通道信號放大模塊、AD轉換模塊、MCU采集發(fā)射控制模塊、無線發(fā)射模塊分別連接；接收端包括相互連接的無線接收模塊、MCU接收控制模塊，MCU接收控制模塊與PC機連接。病患攜帶本采集發(fā)送端便可把5通道膈肌肌電信號或心電信號，3通道呼吸壓力及流量信號通過無線方式傳送到遠端監(jiān)護中心，實現(xiàn)多通道信號實時顯示、存儲、分析與處理。
文檔編號A61B19/00GK201192340SQ20082004711
公開日2009年2月11日 申請日期2008年4月29日 優(yōu)先權日2008年4月29日
發(fā)明者羅遠明 申請人:羅遠明