掌上多功能監(jiān)護(hù)呼救定位系統(tǒng)的研制

　　引言

　　目前，社會上的獨(dú)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(hù)。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(yùn)動狀態(tài)的突然改變過程并對發(fā)生運(yùn)動狀態(tài)突變的個體所經(jīng)受的傷害風(fēng)險進(jìn)行及時評估，對于快速引導(dǎo)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(xué)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(hù)及早發(fā)現(xiàn)。

　　本方案旨在設(shè)計一款隨身攜帶的傳感設(shè)備，通過實(shí)時檢測佩戴者的人體姿態(tài)和心電信號，并進(jìn)行必要分析，獲得佩戴者的生理狀態(tài)信息。當(dāng)傳感設(shè)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(yù)設(shè)的接收者手機(jī)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(jié)構(gòu)問題中，人口老齡化和殘障人員的保護(hù)問題日益嚴(yán)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(fù)擔(dān)越來越沉重。本設(shè)計所關(guān)注的健康問題與上述兩類人群有密切關(guān)系——充分考慮了家庭作為上述人群日?；顒拥闹饕獔鏊蛯膊≈委熁謴?fù)的重要性，響應(yīng)了國家對于疾病治療模式中“早發(fā)現(xiàn)，早治療”的倡導(dǎo)，因此不僅具有良好的社會效益，更由于其廣闊的目標(biāo)市場而具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

　　基本設(shè)計

　　裝置的基本功能設(shè)置

　　根據(jù)本裝置的應(yīng)用背景，對其應(yīng)具有的基本功能設(shè)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(jìn)行保存;

　　人機(jī)交互功能。鍵盤響應(yīng)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(yù)先設(shè)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(jìn)行定位;

　　便攜性設(shè)計。體積小，重量輕，低功耗。

　　系統(tǒng)方案設(shè)計

　　由基本功能設(shè)置，可以向系統(tǒng)方案設(shè)計進(jìn)行映射。本設(shè)計采用MCU作為系統(tǒng)的核心組件，通過圍繞MCU配置外設(shè)實(shí)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(shè)計框架內(nèi)，對外圍模塊進(jìn)行設(shè)計細(xì)化。

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

　　MXT8051提供了豐富的接口和集成外設(shè)模塊，充分利用片內(nèi)資源同時簡化外圍模塊設(shè)計是實(shí)現(xiàn)低功耗設(shè)計的關(guān)鍵因素。下面對各外圍模塊分別進(jìn)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(zhuǎn)換使用MCU集成的外設(shè)，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(jìn)行放大，并通過濾波進(jìn)一步改善通帶內(nèi)信號的質(zhì)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(nèi)具有較為線性的響應(yīng)，而對于通帶外的信號具有較強(qiáng)的衰減同時還有足夠的驅(qū)動能力，MXT8051內(nèi)部集成了3個運(yùn)算放大器和一個可變增益放大器，非常適合構(gòu)建有源濾波器電路。