基于便攜式微電腦的多參數(shù)生理監(jiān)護儀研制

前言

多參數(shù)重量監(jiān)護儀能為醫(yī)學(xué)臨床診斷提供重要的病人信息，可實時檢測人體的心電信號、心率、血氧飽和度、血壓、呼吸頻率和體溫等重要參數(shù)，實現(xiàn)對各參數(shù)的監(jiān)督報警。信息存儲和傳輸，是一種監(jiān)護病人的重要設(shè)備，但目前國內(nèi)的監(jiān)護儀一般功能單一，多為 CRT顯示，體積較大，移動不方便，存在著不足。
該便攜式微電腦參數(shù)生理監(jiān)護儀，檢測參數(shù)多，設(shè)計緊湊，體積小巧，攜帶方便，既可用于病房，也可用于室外，可以定時、連續(xù)、長時間地檢測病人的重要生命特征參數(shù)，它在保障病人的生命安全方面具有重要的臨床使用價值。

工作原理

1. 系統(tǒng)工作原理

便攜式微電腦多參數(shù)生理監(jiān)護儀的主機由兩個16位微控制器80C196組成。

系統(tǒng)通過信號檢測與預(yù)處理模塊將生物醫(yī)學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電信號，并進行干擾抑制、信號濾波和放大等預(yù)處理。然后，通過數(shù)據(jù)提取與處理模塊進行采樣、量化，并對各參數(shù)進行計算分析，結(jié)果與設(shè)定閾值比較，進行監(jiān)督報警，將結(jié)果數(shù)據(jù)實時存儲到RAM，并可實時傳送至PC機上，在PC機上可實時顯示各參數(shù)值。

2. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。該監(jiān)護儀由兩個單片機組成雙CPU系統(tǒng)。

單片機1完成對體溫、心電波形、脈搏脈形的信號檢測、處理、數(shù)據(jù)存儲，并通過LCD顯示屏對各波形、參數(shù)進行定時顯示、報警。

單片機2承擔(dān)其中耗時較長的血壓測量及血氧飽和度的檢測，使之不影響整個系統(tǒng)的正常工作，同時還承擔(dān)對心率、呼吸頻率的測定。

兩個單片機間的信息交換通過1個8位的并行口進行，由2根I/O口實現(xiàn)通信控制。具體是用P1口，配合兩個高速輸入、輸出I/O口（HIS.0、 HSO.0），用作兩個單片機之間的數(shù)據(jù)傳送。這種雙機間的連續(xù)方式屬于松耦合的多處理機系統(tǒng)（參考文獻8），在硬件實現(xiàn)上較為簡單，只需在軟件編程時，為其通信方式設(shè)計必要的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)傳輸方式等。

3.系統(tǒng)硬件設(shè)計

（1）系統(tǒng)采用EEPROM 28C64作為程序存儲器；采用一片非易失性靜態(tài)存儲器（NASRAM）作為數(shù)據(jù)存儲器。NASRAM具有靜態(tài)存儲器的優(yōu)點，同時具有非易失性的特點。非易失性的特點是指存儲芯片在掉電的情況下，能夠正確無誤地保存所有數(shù)據(jù)，保存時間長達10年。采用芯片的非易失性的特點可以不用為此芯片提供掉電備用電源，即可實現(xiàn)掉電數(shù)據(jù)保護。

（2）液晶顯示模塊

為了對心電波形、脈搏波形及其它生理參數(shù)進行顯示，而且對波形顯示具有足夠的分辨率，為此系統(tǒng)采用圖形液晶顯示屏。為了減少儀器的體積，實現(xiàn)系統(tǒng)低成本，功耗小的要求，選用了特別適用于便攜式監(jiān)護儀的單色LCD顯示屏。

該顯示屏為日立LMG70520XNGR液晶顯示屏，點陣數(shù)為640×200，點尺寸為0.22×0.30，其驅(qū)動電源為+5V和-20～-21V,耗電僅8mW，能滿足本系統(tǒng)的要求。

為控制該顯示屏的顯示，我們選取了適用于該顯示屏的顯示控制器SED1330。該芯片是用于計算機的指令與數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生相應(yīng)的時序及數(shù)據(jù)控制液晶顯示屏的顯示。該控制器自帶RAM，自行管理顯示緩沖區(qū)，與CPU之間通過8位數(shù)據(jù)并行傳輸，與顯示屏之間是4位數(shù)據(jù)并行傳輸。

（3）鍵盤輸入模塊

系統(tǒng)設(shè)計的功能鍵采用中斷方式輸入。當(dāng)有任一功能鍵按下時，產(chǎn)生鍵盤中斷，CPU執(zhí)行中斷程序，讀取鍵碼，執(zhí)行相應(yīng)操作；沒有鍵按下時，不占用CPU的運行時間，提高了CPU的運行效率。

鍵盤采用兩片74LS373構(gòu)成矩陣軟件編碼鍵盤，鍵盤部分直接掛在單片機1的總線上。不占用單片機I/O口線，也不必為此擴展系統(tǒng)I/O口，可減少系統(tǒng)消耗功率。

通過為鍵盤分配相應(yīng)的I/O地址，可采用讀寫該地址的方式獲得鍵碼。硬件實現(xiàn)簡單，軟件編程方便。

（4）電源系統(tǒng)

基于低功耗和便于攜帶使用的考慮，系統(tǒng)采用電池供電及外接AC-DC變換器件供電的方式。設(shè)計采用三節(jié)1.5V電池供電。該電壓通過穩(wěn)壓器件提供+5V的電壓給系統(tǒng)工作。同時采用DC-DC電壓變換器+5V的電壓變換至-18～-24V電壓，以提供給LCD顯示屏工作。

選擇電池作為電源是基于如下考慮：具有高輸出能力、小型結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)尺寸和低價格。