基于S3C2410設(shè)計三導(dǎo)聯(lián)遠程心電監(jiān)護

　　2.2 心電數(shù)據(jù)采集原文位置

　　由于心電圖信號的檢測是屬于強噪聲背景下的超低頻(0.5～100 Hz)微弱(0.1～5 mV)信號檢測，具有微弱性、穩(wěn)定性、低頻特性和隨機性等特點，故要求前置級應(yīng)滿足高輸入阻抗、高共模抑制比(CMRR)、低噪聲、低漂移和高安全性。微弱的心電信號受到來自人體內(nèi)外的多種干擾，其特征被淹沒在復(fù)雜的信號之中，為了使其特征突出，就有必要對其進行預(yù)處理。系統(tǒng)采用的心電信號采集原理如圖3所示。其中前置級采用差動放大電路，其放大倍數(shù)為22.4倍;后級放大電路的放大倍數(shù)為37倍，則總放大倍數(shù)為828.8倍。

　　圖3 心電信號采集原理

　　由于心電信號為低頻信號，因此在模擬電路上，設(shè)計截止頻率為100 Hz的一階低通濾波器來濾除高頻干擾，采用二階VCVS帶阻濾波器來濾除50 Hz工頻干擾。在數(shù)字處理上，為了抑制對心電信號影響較大的工頻干擾和基線漂移，采用2 048點FFT對輸入的一幀心電數(shù)據(jù)進行時域—頻域的變換，然后去除0.5 Hz以下的低頻和50 Hz的工頻;同時為了抑制高頻噪聲和50 Hz倍頻造成的干擾，又濾除了100 Hz以上的頻率，然后再進行IFFT將此組數(shù)據(jù)變換回時域。

　　2.3 數(shù)據(jù)無線傳輸模塊原文位置

　　本系統(tǒng)為遠程移動終端，涉及數(shù)據(jù)的無線傳輸，為實現(xiàn)此功能采用了Siemens公司的MC35模塊，并移植了TCPIP協(xié)議棧和PPP協(xié)議，以完成心電數(shù)據(jù)的發(fā)送和診斷結(jié)果的接收。MC35是Siemens公司推出的第一款支持GPRS的GSM/GPRS模塊，它體積小,易于集成到便攜式手持終端中，支持VOICE、DATA、FAX以及SMS等業(yè)務(wù)。處理器S3C2410通過異步串行通信接口與MC35相連，并通過AT命令對該模塊進行控制和數(shù)據(jù)傳輸。

　　在發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先，應(yīng)用層將采集到的心電數(shù)據(jù)提交給TCPIP協(xié)議棧;然后，TCPIP協(xié)議棧根據(jù)目的地址和端口將該心電數(shù)據(jù)封裝成完整的IP數(shù)據(jù)報，再提交至PPP層;最后，該IP數(shù)據(jù)報經(jīng)PPP層封裝之后，通過串口逐字節(jié)地提交至MC35并發(fā)送。在接收數(shù)據(jù)時，MC35首先將接收的數(shù)據(jù)逐字節(jié)地提交至PPP層;經(jīng)PPP層將分散的各字節(jié)重組成一幀完整的IP數(shù)據(jù)報之后，再提交至TCPIP層進行詳細的處理，具體流程如圖4所示。

　　在開機初始化時要完成MC35的啟動并登錄移動夢網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，建立與服務(wù)提供商的連接。一般在發(fā)送指令之前先要發(fā)送一條測試指令，以檢測MC35的當(dāng)前狀態(tài)，該指令的格式為“ATr”;在入網(wǎng)網(wǎng)關(guān)及流量控制等參數(shù)通過AT指令設(shè)置完成之后，便可通過服務(wù)編碼99開始呼叫與服務(wù)提供商建立連接，指令格式為ATDT*99***1#rn。若在該指令執(zhí)行之后給定的時間內(nèi)返回CONNECT信息，則表明與服務(wù)提供商的連接建立成功;否則，表明撥號失敗，無線傳輸功能無法正常啟動。MC35成功登錄移動夢網(wǎng)網(wǎng)關(guān)之后，將自動從命令模式切換到數(shù)據(jù)通信模式，且串口通信方式由原來的查詢式變?yōu)橹袛喾绞?。此時由系統(tǒng)主動發(fā)送一幀PPP請求信息，服務(wù)提供商接到該請求信息后主動發(fā)出詢問幀，協(xié)商相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。待服務(wù)參數(shù)及用戶身份驗證成功之后，服務(wù)提供商為系統(tǒng)分配一獨立IP，至此便可認(rèn)為GPRS成功上線。

　　圖4 GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸流程

　　GPRS成功上線后可以認(rèn)為MC35主要處在兩種工作狀態(tài)：數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)和空閑狀態(tài)。在數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，MC35的峰值電流可達400 mA;在空閑狀態(tài)一般為15 mA。另外，在空閑狀態(tài)MC35還支持多種休眠模式?？紤]到系統(tǒng)的功耗問題，啟用了MC35的休眠功能。系統(tǒng)采用了MC35的休眠模式七。在該休眠模式下，電流一般為3 mA左右;MC35無論從串口還是從服務(wù)提供商接收到數(shù)據(jù)，都會立刻將MC35設(shè)置為正常模式，待數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束之后自動進入休眠模式。該休眠模式的設(shè)置可以通過指令“AT+CFUN=7rn”來完成，且該指令必須在GPRS上線之后執(zhí)行。這樣在空閑狀態(tài)下即可自動將MC35設(shè)置為休眠模式，將電流值從15 mA降到3 mA。在休眠指令執(zhí)行前涉及MC35的狀態(tài)切換，因為在執(zhí)行該指令前MC35處在數(shù)據(jù)通信模式，所以要通過指令“+++”將其切換到命令模式之后再執(zhí)行該休眠指令。在休眠指令執(zhí)行之后還需通過指令“ATOr”將MC35切換到數(shù)據(jù)通信模式;否則MC35會把將要發(fā)送的數(shù)據(jù)也當(dāng)作指令來處理。

　　2.4 圖形用戶界面原文位置

　　系統(tǒng)采用深圳蓬遠公司生產(chǎn)的低功耗、128×64點陣液晶模塊MOBI2006來圖形化顯示系統(tǒng)信息。MOBI2006支持并行和串行兩種數(shù)據(jù)通信方式，工作電壓為3.3 V。在本系統(tǒng)應(yīng)用中，使用S3C2410的I/O口模擬LCD的控制時序來實現(xiàn)對液晶的控制。

　　在具體實現(xiàn)相關(guān)信息的顯示時采用了Framebuffer技術(shù)。首先預(yù)分配一塊緩沖區(qū)并聲明為二維數(shù)組，數(shù)組的一維長度和二維長度分別與液晶的寬和高相對應(yīng)，這樣數(shù)組的每個元素都代表液晶中的一個點。在系統(tǒng)運行中若要刷新液晶顯示，則首先要更新Framebuffer緩沖區(qū)，再從Framebuffer更新液晶顯示。MOBI2006列向基于點尋址;橫向基于頁尋址，每一頁由8個點組成?；谝壕У奶攸c，如果不采用Framebuffer技術(shù)，刷新屏幕中的一小塊，則會導(dǎo)致整個屏幕的變動，給上層應(yīng)用的開發(fā)帶來很大困難。因此，雖說采用Framebuffer技術(shù)將占用一部分內(nèi)存和刷新時間，但會為后續(xù)的開發(fā)帶來很大方便：在上層具體應(yīng)用中不再受頁尋址的限制，在上層開發(fā)者看來列向、橫向均為點尋址，可以方便靈活地操縱液晶。另外，為了保證Framebuffer與液晶的同步，采用基于事件的方法刷新液晶屏并且是局部刷新，這樣既節(jié)省了液晶的刷新時間又減小了屏幕的抖動。

　　例如，應(yīng)用層要顯示一張圖片，只須給出圖片的顯示位置，即對應(yīng)于二維數(shù)組的行列值、圖片的寬和高，以及相應(yīng)的點陣數(shù)據(jù)。首先將圖片的點陣數(shù)據(jù)刷新到Framebuffer緩沖區(qū)，然后再根據(jù)顯示位置確定液晶的刷新區(qū)域，其中緩沖的列值對應(yīng)于液晶的列值，而行值要轉(zhuǎn)換為液晶的頁面值，可通過如下公式轉(zhuǎn)換：

　　Page_end=(row+high-1)/8

　　其中：Page_start和Page_end分別對應(yīng)于液晶的起始、終止頁面值;row對應(yīng)于圖片顯示位置的橫坐標(biāo);high對應(yīng)于圖片的高度。計算出相應(yīng)的頁面值之后便可通過如下過程刷新液晶的指定區(qū)域，完成預(yù)期圖片的顯示。

　　for(page=p_s;page<=p_e;page++)

　　{

　　fc=column;

　　for(lc=l_c_b;lc>l_c_e;lc--) //2

　　{

　　GUI_Lcd_SetALL((u8_t)page,(u8_t)lc);

　　for(f_bit=7;f_bit>=0;f_bit--)

　　{

　　if(!(Frame_Buffer[page*LCD_PAGE+f_bit][fc]))

　　GUI_Lcd_SendData(0);

　　else

　　GUI_Lcd_SendData(1);

　　}Delay(10);

　　fc++;

　　}

　　}

　　2.5 數(shù)據(jù)存儲管理原文位置

　　在S3C2410 的BANK0中擴展了1片4M×16位的NOR FLASH;在BANK6中擴展了一片8M×16位的SDRAM，并且利用S3C2410的NAND FLASH控制器擴展了一片64M×8位的NAND FLASH。NOR FLASH主要用來存儲程序代碼;NAND FLASH主要用來存儲采集的心電數(shù)據(jù)以及部分程序代碼。S3C2410支持從NOR和NAND兩種方式啟動，可以通過配置S3C2410的OM[1:0]來選擇CPU的啟動方式。

　　系統(tǒng)可以實現(xiàn)全天24小時無間斷心電數(shù)據(jù)采集，這樣必將產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。為了將大量心電數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機中供醫(yī)護人員分析、診斷，系統(tǒng)采用了通用的USB端口。S3C2410內(nèi)部集成了USB Device控制器，因此只須設(shè)計簡單的外圍電路，即可實現(xiàn)此功能。該USB Device控制器完全兼容USB1.1協(xié)議規(guī)范，集成了USB傳輸器，支持控制傳輸、中斷傳輸和批量傳輸;5個具有FIFO的端點，為批量傳輸?shù)亩它c提供DMA接口并且支持掛起和遠程喚醒功能。

　　3 結(jié)束語

　　本系統(tǒng)具有很強的實用性，可以對心臟病患者進行實時監(jiān)護。由于本系統(tǒng)具有無線傳輸功能，因而患者可以不受時間和空間的限制使用本系統(tǒng)，無論在家中還是在野外都能對心臟進行實時監(jiān)護。系統(tǒng)的24小時無間斷心電圖記錄功能，足以捕捉突發(fā)性的異常心電數(shù)據(jù)，為醫(yī)護人員提供有力的診斷依據(jù)。本系統(tǒng)研制成功后受到醫(yī)療界專家的高度評價，在臨床測試過程中也受到患者和醫(yī)護人員的一致好評。