基于嵌入式系统的心电无线远程传输系统

中文摘要:

  研制了一套适用于远程急救或家庭远程监护的基于嵌入式处理器Intel SA-1110的心电无线远程传输系统. 该系统硬件部分由数据采集模块、数据存储及显示模块、GPRS模块及嵌入式微处理器Intel SA-1110组成. 数据采集模块负责心电的采集、滤波及A /D变换;数据存储和显示模块完成心电数据的存储、波形显示; GPRS模块实现心电信号的无线远程传输; Intel SA-1110控制全系统及各模块间的通讯;软件部分包括基于嵌入式操作系统WinCE开发的病人管理程序和基于Windows开发的远端心电服务器软件. 在1天内5个不同时段进行数据传输实验,比较采集的心电信号与远程服务器接收的信号,误码率为零,传输速度为12. 5～35 kb / s.

英文摘要：

  An electrocardiogram ( ECG) wireless transmission system based on embedded system, Intel SA-1110, is developed for long2distance first aid or home healthcare. This system is composed of ECG signal collection model, data storage and disp lay model, general packet radio service (GPRS) model and embedded microprocessor Intel SA-1110. The collection, filter and A /D transfer of ECG signals are realized by ECG signal collection model. Storage and display of ECG data are achieved by storage and displaymodel. The GPRS model wireless transfers the ECG data to remote ECG workshop or server in hosp ital and Intel SA-1110 controls the whole system and communication between each model. Its software includes patientmanagement program based onWinCE and server program based onWindows running on remote ECG server. The data transfer experiments are made at five periods of time in one day. The error code rate is zero when collected ECG is compared with that received by remote ECG server and the transfer speed is from 12. 5 kb / s to 35 kb / s.

1 　系统硬件
     　　为实现系统的便携化和微型化,需要采用小体积、 低功耗的设计思想. 由于嵌入式芯片的体积小、功耗 低、功能强大,且价格趋于下降,其性价比日趋合理,因 此本系统采用嵌入式处理器SA-1110取代常用的单片 机作为控制系统的处理器. 　　数据的无线传输是该系统的核心功能之一. 本系 统选择GPRS模块实现无线传输,这是因为: ① 传输 速度快: GPRS的理论峰值传输速度达到114 kb / s,目 前可支持53. 6 kb / s的峰值传输速度,是现今速度最 快的无线通讯网络; ② 永远在线: GPRS应用一旦激 活,将一直保持在线,类似于无线专线网络服务; ③按 量计费: GPRS虽然保持一直在线,但只在产生通信流 量时才计费. 　　如图1所示,整个系统由数据采集模块、嵌入式微 处理器SA-1110、数据存储及显示模块、GPRS模块组 成. 数据采集模块完成心电数据的采集、滤波、A /D转 换,数据存储和显示模块完成心电数据的存储、波形显 示; GPRS完成数据的无线传输; Intel SA-1110控制整 个系统. 人体心电信号通过导联输入到数据采集模块, 经放大、滤波、A /D转换后被SA-1110读取,一是显示 和保存,二是通过GPRS模块传送到远程服务器上作 进一步地分析和诊断.
1. 3　GPRS通讯模块
     　　本系统采用西门子GPRS模块,它由GSM基带处 理器、电源部分、外部接口部分等组成. 电源部分为 GPRS模块提供合适的电源; GSM基带处理器负责无 线数据通讯;外部接口包括天线接口、SIM卡座接口、 音频接口及微处理器接口等. SA-1110内部集成5 个 串行控制器,其中1个UART支持的最高通信速率为 230 kb / s. GPRS模块与SA-1110 通过该串口进行通 信. 与微处理器的串行接口如图2所示.
2 　软件设计
     　　Intel SA-1110 支持嵌入式操作系统WinCE. WinCE是一个简洁、高效的多平台操作系统,它不是 精简的Windows95版本,而是从整体上为有限资源平 台设计的多线程、完整优先权、多任务可删减的32位 嵌入式操作系统. 针对不同的目标设备硬件环境,它可 在内核基础上添加各种模块,从而形成一个定制的嵌 入式操作系统,而操作系统的基本内核只需要200 kb ROM . 　本系统以WinCE为平台,采用嵌入式VC++编 程,系统软件包括数据采集、显示驱动及通讯等部分, 同时开发了运行于远程心电服务器端的服务程序,实 时接收病人的心电信号并进行信号分析与处理,对病 人进行实时监护等.
2. 2　远程心电服务器的服务端程序
     　　远程心电服务器的服务端程序采用Visual C++6. 0 为开发工具,是基于MFC的Windows程序[ 7, 8 ] . 其 功能主要由远程ECG数据库管理系统、心电信号实时 接收与处理系统、心电信号分析处理与打印系统3部分组成. 　　远程心电数据库管理系统是本服务器程序的核 心,采用MFC ODBC数据库访问技术,后台数据库使 用Access,主要包括病人病历管理子系统、心电数据管 理子系统,以及医生、病人身份验证子系统. 数据库可 对病人进行查询、修改病人资料、病人心电数据的回放 等操作. 病人基本信息数据库管理界面如图4所示.