无线集散医疗监护系统的设计

geniuskall

摘要：介绍一种能测量心电波、呼吸波、心率、呼吸率、体温、脉率、血氧和血压等多种生理参数的无线集散医疗监护系统。通过三个独立的OEM模块分别和一个具有控制、显示和无线收发功能的模块连接，实现上述参数的测量以及和上位机的信息交互。该方案设计的系统具有体积小、便于携带、分散控制、集中管理、开发周期短、性能可靠、易于维护、便于升级等优点。

    关键词：OEM模块 无线收发模块 UART协议 中央监护系统

多参数监护仪是临床护理中的重要设备，该设备可以监测病人的心电、血压、血氧饱和度、呼吸率、脉率和全温等生理参数。目前，国内普遍使用带有CRT或LCD 显示屏有便携式监护仪，该仪器能够进行实时的数据和波形显示，并且操作比较灵活，因此主要用于协助医生诊断和分析病人的病情。然而由于其体积较大、耗电量高（接220V交流电或内置电流），因此不便于病人随身携带，更无法同时对多个病人进行监护。本文设计的无线集散医疗监护系统坷以弥补上述之不足。该系统由于采用三个独立的OEM模块进行生理参数测量，每个模块分别和一个具有无线收发功能的控制显示模块相连构成独立的装置，因此每个模块的耗电量大为减少，何种也相应减少。病人可以根据不同的需求选择不同的模块使用，每个模块上的LCD显示屏可以实现显示测量信号是否正常。所有这些模块都跟上位机进行无线信息交互，PC机可以给每个模块注册一个唯一的序列号，并可以访问每个模块的信息，对该信息进行存储、分析、显示、报擎等，这样就非常方便地实现了许多模块的扩展，即实现对这多个病人的实时监护。

1 系统结构及工作原理
该系统主要由硬件和软件两部分构成。硬件主要包括PC机和三种独立的模块，即心电模块、血氧模块和血压模块，这三种模块都是由OEM模块和控制显示传输模块组成。心电模块主要用来测量心电、呼吸率、体温等参数；血氧模块主要用来测量血氧饱和脉率等参数；血氧模块主要用来测量血氧饱和度和脉率等参数；血压模块用来测量血压参数。软件部分主要是上位机的中央监护软件，包括数据库部分和用户界面。图1是无线集散医疗监护系统的结构框图。

图1

    图1中，各OEM模块都和PC机通过无线传输模块进行串口通讯来交换信息。各OEM模块采集的数据在PC机上进行处理后被存储。用户可以在中央监护软件界面上选择任意模块查看实时采集来的数据或波形，软件可对数据自动作出分析，发现异常及时发出报警信号。

2 各模块功能与特点

2．1 控制显示传输模块

控制显示传输模块以Atmega161单片机为核心，外接WGM-12864图形LCD模块、按键和NRF903无线收发模块。其电路结构如图2所示。

Atmega161 是Atmel公司生产的一款低功耗CMOS RISC的8位单片机，其具有1MIPS/MHz的性能，16K字节的FLASH，512字节的EEPROM，1K字节的存储器，35个通用I/O口， 32个通用工作寄存器，三个定时器，内外中断源，两个可编程的UART、SPI口以及三种可以通过软件选择的节电模式。

WGM -12864B模块是单色图形点阵液晶显示模块，点阵数为64×128。其8位数据线与Atmega161的PA口相连，D/I表示数据总线上的信号是点阵数还是控制命令字，R/W表示当前操作是读或写操作，E是使能控制端，RST是复位端，CS1、CS2是左右点阵区选端。PC1、PC2、PB1、 PB0为功能选择键，可以和LCD一起形成菜单方式的人机交互界面，控制相应的OEM模块。在工作模式下LCD可以显示从OEM模块获取的相关数据信息。
NRF903 模块是无线收发模块。NRF903是NORDIC公司推出的单片无线收/发一体芯片，它采用Bluetooth（蓝牙）核心技术设计，在一个32脚的芯片中包括了三段高频发射、高频接收、PLL合成、I/Q调制、I/Q解调、多频道切换、异步通讯接口等，其编程接口CFG_CLK（配置寄存器时钟）、 CFG_DATA（配置寄存器数据）、CS（配置寄存器片选）分别和Atmega161的SPI口PB7（SCK）、PB5（MOSI）、PB4（SS）相连，可对工作频率、通道、输出功率和输出时钟频率等参数进行编程设置。设置CS为高电平，来自单片机的14位控制字，在每个CFG_CLK编程模式时钟信号的上升沿，将CFG_DATA端上的逻辑值写入组态寄存器，编程信息被装入，参数设置完成。STBY、PWR_DWN分别和Atmega161的 PD6、PD5相连，可以设置为待机或掉电模式。数据接口DATA和Atmega161的一个UART1口相连，用来接收和发送数据。TXEN脚和PD7 相连，用来控制数据的收发。

图2

    2.2 心电OEM模块

心电OEM模块采用北京迈创通元电子仪器有限公司的BT007七通道心电板。BT007能够自动测量人体的心电波、呼吸波、心率、呼吸等、体温等参数，具有如下特点：同步七通道心电波，四级程控增益，三级滤波方式（诊断方式、监护方式、手术方式），起博脉冲抑制功能，导联脱落报警，心率范围 20～250BPM，抗除颤及电刀干扰，阻抗呼吸，呼吸率范围5～99BPM；采用双体温测量，测量范围为0～50℃，显示精度0.1℃,测量精度 0.2℃。与用户的通讯接口与UART串口通讯方式，内部有两种通讯协议：同步三通道心电协议与同步七通道心电协议，可以通过跳线选择。同步三通道心电协议的特点为：19200波特率，8位数据，1个起始位，一个停止位，无奇偶校验位；同步七通道心电协议的特点为：28800波特率，8位数据，1个起始位，一个停止位，无奇偶校验位。可以通过MCU向该模块发送控制字，控制心电增益、滤波方式等；心电板向MCU传送的数据，以1个字节数据头加若干字节数据为一组，成组发送，其中数据头为251～254，数字字节为0～250。MCU可以对这些数据进行归类存储、分析、显示并实时传送给PC机。

2.3 血氧OEM模块

血氧OEM模块采用北京迈创通元电子仪器有限公司的DIGISAT脉搏血氧模块。该模块通过TTL电平的UART口与MCU进行通讯。它可以提供如下数据：动脉血氧饱和度、脉率、体积扫描图、棒图、信号强度和状态信息。它的通讯协议和BCI通讯协议兼容，数据传送波特率为4800bps，传送格式为：8位数据+奇偶传送波特率为4800bps，传送格式为：8位数据+奇偶校验位+1个停止位。每秒钟向MCU发送60个数据包，每个数据包为5个字节。

2.4 血压OEM模块

血压OEM模块采用北京迈创通元电子仪器有限公司的BTN602无创血压测量模块。该模块也通过TTL电平的UART口与UCM进行通讯。其接收外部命令后，完成相应操作，返回系统状态和相应数据。数据格式为：起始位+8位数据位+1位停止位，无奇偶校验位，波特率为4800bps。

图3

3 软件系统的设计——中央监护软件

该软件采用VC语言进行设计。在同医院以往管理系统结合的前提下，按照统一规范的原则，实现了新老系统的有机结合，充分保证了原有系统的独立可靠性，实现了软件结构的模块化和重构性。该系统首先需要管理员将入院病人信息手工录入到计算机系统，其中关键信息保存到中央数据库服务器中；然后对数据库中的关键数据进行排序、统计、分类。按照类别把数据复制到各个部门的监护中心数据库中，当启动监护需求时，开始对病人进行监护并记录。病人的监护数据报警级别可根据监护需要进行调节。查询时，可分别显示关键数据和图像，并中对查询的关键数据进行备注，对图像进行批注，还可批量打印输出关键数据和图像文件。其软件系统结构如图3所示。

系统的安全控制主要从三方面来保证：数据库的安全性、图像文件的安全性、用户权限的安全性。建立在NT Server上的数据库服务器SQL Server使用户和数据库操作人员登陆时都需要身份验证。只有用数据库用户的帐号和密码登陆的用户才能管理和维护数据库，用户对不同的表有不同级别的权限。文件服务器采用端口控制访问，保证了文件服务器的安全性。

系统软件通过无线收发模块，采用轮询的方式采集低端各模块数据，如果系统在查询病人信息时超时，则跳过本模块查询，进入其它模块的查询，软件会记录查询失败次数，当查询失败次数超过一定的阈值后，系统会发出报警信号。

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NRF903
特点：
 
(1) 433Mhz 开放ISM 频段免许可证使用
(2) 最高工作速率50kbps，高效GFSK调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合
(3) 125 频道，满足多点通信和跳频通信需要
(4) 内置硬件CRC 检错和点对多点通信地址控制
(5) 低功耗3-3.6V 工作，待机模式下状态仅为2.5uA
(6) 收发模式切换时间 < 650us
(7) 模块可软件设地址，只有收到本机地址时才会输出数据（提供中断指示)，可直接接各种单片机使用，软件编程非常方便
(8) TX Mode: 在+10dBm情况下，电流为40mA; RX Mode: 14mA
(9) 标准DIP间距接口，7X2pin, 硬件管脚兼容RF905SE,无需修改底板，只需要升级软件即可
(10)RFModule-Quick-DEV 快速开发系统，含开发板
(11)增加了电源切断模式，可以实现硬件冷启动功能！
(12)SPI接口—功能强大、编程简单，与RF905SE编程接口类似。
(13） 增加了RSSI功能，通过SPI接口可以获取当前接收到的信号强度(0-255)，可以供当前设备做出决策，比如低于某个数值50可以
报警，提示用户当前信号质量比较低等。
     NRF903开发文档：http://www.newmsg.com/products/NewMsg-UTC-903.pdf
NRF905基本特性：
1．接收发送功能合一，收发完成中断标志
2． 433/868/915工作频段，433MHZ开放ISM频段可免许使用
3． 最高发射速率50KBPS，10dbm发射功率条件下，配置外置鞭状天线有效通信距离在300米左右。
4． 室内通信良好通信效果，4层之间可实现有效通信，抗干扰性能强，很强的扰障碍穿透性能。
5． 单次最多可发送接收32字节，并可软件设置发送/接收缓冲区大小2/4/8/16/32字节
6． 170个频道，可实现多点网络通讯，结合TDMA-CDMA-FDMA原理，实现无线网络通讯。
7． 内置硬件8/16位CRC校验，数据传输可*稳定，降低系统开发难度，。
8． 1.9-3.6V工作，低功耗，待机模式仅2.5uA.
9． 内置SPI接口，最高SPI时钟可大10M，也可通过I/O口模拟SPI实现。
NewMsg_RF905系列模块应用领域：
车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF智能
卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、无线232数据通信、无线
485/422数据通信等。
NRF2401A基本特性：
1．2.4Ghz 全球开放ISM 频段免许可证使用；
2．最高工作速率1Mbps，高效GFSK调制，抗干扰能力强，适合工业控制场合；
3．125 频道，满足多点网络通信需要；
4．内置硬件8/16位CRC校验和点对多点通信地址控制，结合TDMA-CDMA-FDMA原理，可实现无线网络通讯。；
5．低功耗1.9 - 3.6V 工作，待机模式下状态仅为1uA ；
6．模块可软件设地址，只有收到本机地址时才会输出数据（提供中断指示），可直接接各种单片机使用，软件编程非常方便；
7．收发完成中断标志，每次最多可发28字节；
8．内置专门稳压电路，使用各种电源包括DC/DC 开关电源均有很好的通信效果；
9．CLK，DATA，DR三线接口，软件编简单。
10．双通道数据接收，内置环行天线，开阔无干扰条件通信距离在100米左右。
NewMsg_RF2401系列模块应用领域：
车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线门禁控制系统、小区短距离传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF
智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、无线232数据通信、无线
数字音频、数字图像传输等。
NRF24L01基本特性：
1.2Mbit/s速率下接收时的峰值电流12.5mA
2.在2Mbit/s速率下@0dBm输出时的峰值电流11mA
3.掉电模式下的功耗400nA
4.待机模式下的功耗32uA
5.130us 的快速切换和唤醒时间
6.具有片内稳压器oltage regulators
7.可在1.9 to 3.6V低电压工作
8. MultiCeiverMT硬件提供同时6个接收机的功能,2Mbit/s 使得高质量的VoIP 成为可能
业界领先的低功耗nRF24L01特别适合采用钮扣电池供电的2.4G应用，整个解决方案包括链路层和MultiCeiver功能提供了比现有的
nRF24XX 更多的功能和更低的电源消耗,与目前的蓝牙技术相比在提供更高速率的同时，而只需花更小的功耗。
CC1100基本特性：
1．315、433、868、915Mh的ISM 和SRD频段
2． 最高工作速率500kbps，支持2-FSK、GFSK和MSK调制方式
3． 高灵敏度（1.2kbps下-110dDm）
4． 内置硬件CRC 检错和点对多点通信地址控制
5． 较低的电流消耗（RX中，15.6mA，2.4kbps,433MHz）
6． 可编程控制的输出功率，对所有的支持频率可达+10dBm
7． 支持低功率电磁波激活（无线唤醒）功能
8． 支持传输前自动清理信道访问（CCA），即载波侦听系统
9． 快速频率变动合成器带来的合适的频率跳跃系统
10． 模块可软件设地址，软件编程非常方便
11． 单独的64字节RX和TX数据FIFO
NewMsg_RF1100模块应用领域：
NewMsg_RF1100模块适用于极低功率UHF无线收发器，315/433/868和915MHz ISM/SRD波段系统，AMR-自动仪表读数，电子消费产品，
远程遥控控制，低功率遥感勘测，住宅和建筑自动控制，无线警报和安全系统，工业监测和控制，无线传感器网络,无线唤醒功能，
低功耗手持终端产品。
    NRF903开发文档：http://www.newmsg.com/products/NewMsg-UTC-903.pdf
    NRF905开发文档：http://www.newmsg.com/905/NewMsg-RF905.pdf
    NRF2401开发文档：http://www.newmsg.com/2401/NewMsg-RF2401.pdf
    NRF24L01开发文档：http://www.newmsg.com/Products/NewMsg-RF24L01.pdf
    CC1100开发文档：http://www.newmsg.com/products/NewMsg-RF1100.pdf
    905无线USB开发文档：http://www.newmsg.com/Products/NewMsg-NetUSB905.pdf
    2401无线USB开发文档：http://www.newmsg.com/Products/NewMsg-NetUSB2401.pdf
专业无线,欢迎交流!
QQ:35625400 MSN:ll88mm88@hotmail.com
PHONE:13704018223
公司主页www.newmsg.com

harf_haojie

好文章阿，以后有了功底，在开发个。

jxj2e1v8v

最新对SI4432评估完毕，欢迎交流
【应用领域】车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、无线232数据通信、无线485/422数据通信、数字音频、数字图像传输等。
【特点】

（1） 完整的FSK收发器，
（2）工作频率范围430.24~439.75MHz；发射功率最大17dBm，接收灵敏度-115 dBm（波特率9.6Kbps）；空旷通讯距离800米以上（波特率9.6Kbps）
（3）工作频率范围900.72~929.27MHz；发射功率最大17dBm；接收灵敏度-115 dBm（波特率9.6Kbp）；空旷通讯距离800米以上（波特率9.6Kbps）
（4）传输速率最大128Kbps
（5）FSK频偏可编程(15~240KHz)
（6）接收带宽可编程(67~400KHz)
（7）SPI兼容的控制接口，低功耗任务周期模式，自带唤醒定时器
（8）+17dB,低的接收电流(18.5mA)，最大发射功率的电流(73mA)
开发文档：http://www.newmsg.com/products/NewMsg-RF4432.pdf

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【应用领域】车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、无线232数据通信、无线485/422数据通信、数字音频、数字图像传输等。
【特点】

（1） 完整的FSK收发器，
（2）工作频率范围430.24~439.75MHz；发射功率最大17dBm，接收灵敏度-115 dBm（波特率9.6Kbps）；空旷通讯距离800米以上（波特率9.6Kbps）
（3）工作频率范围900.72~929.27MHz；发射功率最大17dBm；接收灵敏度-115 dBm（波特率9.6Kbp）；空旷通讯距离800米以上（波特率9.6Kbps）
（4）传输速率最大128Kbps
（5）FSK频偏可编程(15~240KHz)
（6）接收带宽可编程(67~400KHz)
（7）SPI兼容的控制接口，低功耗任务周期模式，自带唤醒定时器
（8）+17dB,低的接收电流(18.5mA)，最大发射功率的电流(73mA)
开发文档：http://www.newmsg.com/products/NewMsg-RF4432.pdf

bbbears

请问
莫仕的TR-32连接器跟它配吗？