掌上多功能監(jiān)護呼救定位系統(tǒng)的研制

　　引言

　　目前，社會上的獨居老人、兒童或其他自理能力較差的個體發(fā)生一些意外情況時，往往得不到及時的處理和救護。在諸多的意外情況中，有一類意外——跌倒——非常具有代表性。跌倒動作可能會對人體產(chǎn)生危害，因此如何檢測出這種運動狀態(tài)的突然改變過程并對發(fā)生運動狀態(tài)突變的個體所經(jīng)受的傷害風險進行及時評估，對于快速引導救助和妥善處理發(fā)生跌倒的個體而言非常重要。

　　流行病學研究顯示，以心血管系統(tǒng)異常表現(xiàn)為首發(fā)癥狀和體征，可表現(xiàn)為各種類型心律失常、夜間心絞痛和心肌梗死，均可通過心電圖的監(jiān)護及早發(fā)現(xiàn)。

　　本方案旨在設計一款隨身攜帶的傳感設備，通過實時檢測佩戴者的人體姿態(tài)和心電信號，并進行必要分析，獲得佩戴者的生理狀態(tài)信息。當傳感設備識別出佩戴者可能發(fā)生意外情況后，立即將報警信息和佩戴者的地理位置信息通過短信方式發(fā)送至預設的接收者手機上，使接收者能在第一時間獲知緊急情況并采取必要的救助措施。

　　目前我國社會結構問題中，人口老齡化和殘障人員的保護問題日益嚴重。伴隨老年人數(shù)量的大幅增長以及已有的數(shù)量巨大的殘障群體，國家的醫(yī)療保障負擔越來越沉重。本設計所關注的健康問題與上述兩類人群有密切關系——充分考慮了家庭作為上述人群日常活動的主要場所和對疾病治療恢復的重要性，響應了國家對于疾病治療模式中“早發(fā)現(xiàn)，早治療”的倡導，因此不僅具有良好的社會效益，更由于其廣闊的目標市場而具有可觀的經(jīng)濟效益。

　　基本設計

　　裝置的基本功能設置

　　根據(jù)本裝置的應用背景，對其應具有的基本功能設定如下：

　　數(shù)據(jù)采集功能。包括心電圖和身體加速度信息的采集和分析;

　　數(shù)據(jù)存儲功能。對采集到的心電圖和加速度信息進行保存;

　　人機交互功能。鍵盤響應使用者的輸入，液晶屏顯示交互信息，必要的聲音提示;

　　報警信息發(fā)布。將檢測到的危險情況通過一定的方式發(fā)送給預先設定的接受者;

　　定位信息獲取。對發(fā)生危險情況個體所處的地理位置進行定位;

　　便攜性設計。體積小，重量輕，低功耗。

　　系統(tǒng)方案設計

　　由基本功能設置，可以向系統(tǒng)方案設計進行映射。本設計采用MCU作為系統(tǒng)的核心組件，通過圍繞MCU配置外設實現(xiàn)上述功能配置。由于本方案使用的MCU為時代民芯公司提供的MXT8051，故系統(tǒng)方案將在滿足便攜性需求的設計框架內，對外圍模塊進行設計細化。

　　根據(jù)基本功能設置所產(chǎn)生的系統(tǒng)基本設計框圖如圖1所示。

　　MXT8051提供了豐富的接口和集成外設模塊，充分利用片內資源同時簡化外圍模塊設計是實現(xiàn)低功耗設計的關鍵因素。下面對各外圍模塊分別進行描述。

　　ECG采集模塊。ECG信號為微弱生物電信號，信號幅值為1mV左右，帶寬約為0Hz~40Hz。考慮到模數(shù)轉換使用MCU集成的外設，其輸入動態(tài)范圍為0~電源電壓，故必須對原始的ECG信號進行放大，并通過濾波進一步改善通帶內信號的質量。ECG采集模塊由放大級和濾波級兩部分組成，放大級要求具有高輸入阻抗、高共模抑制比的特性，可通過選用儀表放大器芯片滿足該特性并提供較理想的功耗特性;濾波級要求在通帶內具有較為線性的響應，而對于通帶外的信號具有較強的衰減同時還有足夠的驅動能力，MXT8051內部集成了3個運算放大器和一個可變增益放大器，非常適合構建有源濾波器電路。