遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)-

1、遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng) 遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)1、 設(shè)計目的 隨著電子信息的飛速發(fā)展，近年來，遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控技術(shù)也漸漸成為醫(yī)療界的一個熱點。重要生命參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控給年老體弱者帶來了方便，也給現(xiàn)代醫(yī)療界的發(fā)展做出了很大的貢獻(xiàn)。 遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)，它是一種集成信息科學(xué)、計算機技術(shù)和通信應(yīng)用技術(shù)于醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的高科技產(chǎn)業(yè)品。系統(tǒng)主要組成部分為：基于微控制器和傳感器節(jié)點組成體征采集模塊，基于GPRS/GSM的無線收發(fā)模塊，基于FPGA的上位機監(jiān)控模塊。體征采集模塊利用各類專用傳感器采集人體體征，并由微控制器進(jìn)行處理打包，經(jīng)由GPRS/GSM通信網(wǎng)絡(luò)上傳至上位機監(jiān)控中心，遠(yuǎn)程醫(yī)生/監(jiān)護(hù)人可定時/實時監(jiān)控病患。該系統(tǒng)測

2、量準(zhǔn)確，實用創(chuàng)新性強，性價比高，具有很好的推廣價值。二、設(shè)計要求 設(shè)計一個遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)。要求：1.通過各傳感器節(jié)點準(zhǔn)確采集各項體征信號并交于89c51單片機進(jìn)行處理，計算出各項體征信息（包括體溫、血壓、脈搏、心率），組成體征采集子模塊，完成各項體征信息采集，并上傳到GPRS/GSM無線模塊。2.GPRS/GSM無線模塊將接收到體征信息，并準(zhǔn)確地送往上位監(jiān)控機。 3.基于FPGA的上位監(jiān)控機接收到下位機信息，并進(jìn)行分析處理及控制。三、設(shè)計器材：1.各類體征傳感器（ASDX100壓力傳感器、HK-2000B脈搏傳感器、DS18B20溫度傳感器）；2.微控制器、GPRS/GSM模塊、FPGA開發(fā)

3、箱；3.鑷子、鉗子、電阻電容電位器導(dǎo)線等若干、焊錫若干。四、設(shè)計原理及設(shè)計方案 1. 設(shè)計原理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以定義為通過無線通信技術(shù)將遠(yuǎn)端的體征生理信息和醫(yī)學(xué)信號傳送到上位機監(jiān)控中心進(jìn)行分析并給出診斷意見的一種技術(shù)手段。 （1） 醫(yī)療監(jiān)測原理 重要生命參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)是年老體弱者口常監(jiān)護(hù)的一個重要內(nèi)容，檢測的生理信息主要包括:體溫、脈搏、血壓、心率、心電圖、呼吸、血氣(氧分壓和二氧化碳分壓)、血氧飽和度、血糖等。這類生理參數(shù)在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中一般要求無創(chuàng)或微創(chuàng)檢測。本文以溫度、脈搏、血壓及心率信號為采集對象，選擇了簡單方便的傳感器和無創(chuàng)測量的方法。（2）無線通信技術(shù) 隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和社會需

4、求的口益增長，無線通信已經(jīng)進(jìn)入規(guī)?；l(fā)展的階段，快速發(fā)展的無線通信已成為信息產(chǎn)業(yè)中最為耀眼的“亮點”，為各種潛在的工程技術(shù)提供了新的方法和手段，并成為推動社會發(fā)展的強勁動力。無線通信以其不需輻設(shè)明線、使用便捷等特點，展示出廣闊的市場前景。無線通信技術(shù)正以較快的速度進(jìn)入許多產(chǎn)品，它與有線相比主要具有成本低、攜帶方便和省去布線的煩惱等優(yōu)點，特別適用于遙控、遙測、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線標(biāo)簽、身份識別、非接觸RF智能片、小型無線數(shù)據(jù)終端、安全防火系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、生物信號采集、水文氣象監(jiān)控、機器控制、信息家電、無線232、無線422/485數(shù)據(jù)通信等領(lǐng)域。 利用GPRS

5、/GSM技術(shù)進(jìn)行無線通信，使傳統(tǒng)的串口通訊擴展為GPRS/GSM無線網(wǎng)絡(luò)通訊，可以實時的把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時交換及串口設(shè)備的快速無線聯(lián)網(wǎng)。2.設(shè)計方案 （1） 醫(yī)院監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)體系方案 醫(yī)院監(jiān)護(hù)系統(tǒng)由有線網(wǎng)絡(luò)(局域網(wǎng))和無線網(wǎng)絡(luò)兩部分組成，如圖4.1所示?；颊呱砩吓宕鞯牟杉K端，將采集到的生理信息數(shù)據(jù)(體溫、脈搏、血壓、心率)發(fā)送到AP (Access Point )。AP通過醫(yī)院的局域網(wǎng)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到上位監(jiān)控機上，由上位監(jiān)控機對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。 AP上電后立即嘗試連接局域網(wǎng)上的服務(wù)器，服務(wù)器的IP和端口號以及AP的網(wǎng)絡(luò)配置都寫在配置文件中，用戶可以手動修改，連接成功后進(jìn)

6、入就緒狀態(tài)。 如果有攜帶移動監(jiān)護(hù)設(shè)備的患者進(jìn)入AP的覆蓋區(qū)域移動監(jiān)護(hù)設(shè)備將會查詢到AP并與之建立ACL鏈路，AP接受連接將會進(jìn)行主從切換，保證AP作為傳感器網(wǎng)絡(luò)的主單元可以繼續(xù)被其他移動監(jiān)護(hù)設(shè)備發(fā)現(xiàn)和建鏈。之后移動監(jiān)護(hù)設(shè)備和AP之間進(jìn)行SDP , L2CAP, RFCOMM連接。AP向服務(wù)器報告有移動監(jiān)護(hù)設(shè)備進(jìn)入該區(qū)域，此后AP將透明地轉(zhuǎn)發(fā)AP和移動監(jiān)護(hù)設(shè)備之間的雙向數(shù)據(jù)。主機可以通過AP和移動監(jiān)護(hù)設(shè)備的串口替代功能完成控制、數(shù)據(jù)采集的功能。當(dāng)患者離開此AP的覆蓋范圍后，鏈路中斷，AP向服務(wù)器報告移動監(jiān)護(hù)設(shè)備離開該區(qū)域，同時患者攜帶的移動監(jiān)護(hù)設(shè)備開始搜索新的 AP。醫(yī)護(hù)人員根據(jù)移動監(jiān)護(hù)設(shè)備與哪

7、一個AP相連可以獲知患者在整個病區(qū)內(nèi)的活動情況。其設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖1所示。監(jiān)護(hù)服務(wù)器APAP病房4病房3信息中心單片機傳感器局域網(wǎng)APAP病房1病房2圖1 醫(yī)院無線監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （2） 家庭監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)體系方案遠(yuǎn)程家庭監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。APInternetGPRS/GSM模塊傳感器和單片機醫(yī)院信息中心 圖2 家庭無線監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 無線系統(tǒng)主要由各個傳感器節(jié)點(脈搏、體溫、血壓、心率等傳感器節(jié)點)、若干個具有路由功能的無線節(jié)點和中心網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(監(jiān)護(hù)基站設(shè)備)組成。監(jiān)護(hù)基站設(shè)備連接無線網(wǎng)絡(luò)與以太網(wǎng)，是家庭無線網(wǎng)絡(luò)的核心部分，負(fù)責(zé)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和設(shè)備節(jié)點的管理。各項體征數(shù)據(jù)經(jīng)過家庭網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)

8、護(hù)服務(wù)器。遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)服務(wù)器負(fù)責(zé)脈搏生理數(shù)據(jù)的實時采集、顯示和保存。醫(yī)院監(jiān)護(hù)中心和醫(yī)生可以登錄監(jiān)護(hù)服務(wù)器查看被監(jiān)護(hù)者的生理信息，也可以遠(yuǎn)程控制家庭無線網(wǎng)絡(luò)中的傳感器和設(shè)備，從而在被監(jiān)護(hù)病人出現(xiàn)異常時，能及時檢測到并采取搶救措施。被監(jiān)護(hù)者的親屬等也可以登錄監(jiān)護(hù)服務(wù)器隨時了解被監(jiān)護(hù)者的健康狀況。五、設(shè)計流程1.傳感器單元的設(shè)計傳感器節(jié)點主要功能為采集人體體征信息（包括體溫、脈搏、血壓、心率），其節(jié)點主要包括5部分:中央處理器模塊(51單片機)、無線數(shù)據(jù)通信模塊（GPRS/GSM）、傳感器、A/D轉(zhuǎn)換及相關(guān)調(diào)理電路、電源模塊。節(jié)點框圖和處理器單元如圖3所示。傳感器及相關(guān)調(diào)理電路A/D轉(zhuǎn)換單片機處理器模塊

9、無線數(shù)據(jù)通信模塊電源單元 圖3 監(jiān)控傳感器節(jié)點結(jié)構(gòu)2 .GPRS/GSM模塊的設(shè)計介紹了一種通過GPRS/GSM短消息的收發(fā)實現(xiàn)對工程上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，其能夠完成對工程上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運行狀況監(jiān)測及采集數(shù)據(jù)的傳輸。同時也能夠通過短消息控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成指定的操作。系統(tǒng)自帶有存儲器，能夠按接收到的指令對設(shè)備進(jìn)行配置，并將其存儲到設(shè)備自帶的存儲器中。同時系統(tǒng)配備了看門狗，能夠使系統(tǒng)在異常狀態(tài)下重啟系統(tǒng)，使系統(tǒng)做到永不死機。由于該系統(tǒng)采用了GSM短消息作為通信載體，使其克服了普通電話監(jiān)控的人機界面不友好，話費高，且控制功能少等缺點。GSM硬件圖如下圖4所示。 圖4 GSM硬件框圖3.基于F

10、PGA的上位監(jiān)控中心設(shè)計為了使便攜式心電監(jiān)護(hù)儀具有友好的人機交互和方便的顯示，移植了一個GUI界面系統(tǒng)。以UPCUP FPGA2C35II綜合實訓(xùn)平臺 為驗證平臺，TFTLCD IP核是在Quartus90軟件平臺下，使用Verilog在FPGA上用硬件邏輯電路進(jìn)行設(shè)計。該IP核是利用Quartus開發(fā)和其集成的 SOPC Builder系統(tǒng)開發(fā)工具而設(shè)計的。CGUI則是在配套開發(fā)軟件NiosIDE中進(jìn)行移植實現(xiàn)。實驗結(jié)果表明，CGUI界面系統(tǒng)成功運行在本開發(fā)板上，可實現(xiàn)窗口管理、在指定位置顯示文字、快速而高效處理數(shù)據(jù)和顯示圖片等功能。FPGA開發(fā)箱如下圖5所示. 圖5 FPGA 開發(fā)箱便攜式

11、醫(yī)療監(jiān)護(hù)儀已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚囊徊糠帧１銛y式設(shè)備是由硬件與軟件緊湊組合的一個單元模塊，是一種體積小、智能化程度高、功能全、使用靈 活、操作方便的便攜機，適合家庭使用、外出攜帶等用途。為了使便攜式心電監(jiān)護(hù)儀實現(xiàn)友好的人機交互和更加方便的顯示，這里提出一種GUI界面系統(tǒng)設(shè)計，就是在基于Nios處理器的嵌入式平臺上實現(xiàn)CGUI的移植，使之實現(xiàn)系統(tǒng)功能。系統(tǒng)中心觸摸屏瀏覽服務(wù)信息并實現(xiàn)相關(guān)操作，通過無線網(wǎng)絡(luò)和終端通信。各個采集終端作為獨立系統(tǒng)工作，所有數(shù)據(jù)傳到前臺上位機協(xié)調(diào)處理。終端硬件框圖如圖2所示，利用片上可編程系統(tǒng)(SoPC)技術(shù)將Nios II處理器、外設(shè)接口控制器等功能模塊集成到F

12、PGA，構(gòu)成可編程片上系統(tǒng)。SDRAM、Flash控制器用于處理程序和數(shù)據(jù)的存儲；512 KB SRAM作為圖像數(shù)據(jù)緩存區(qū)；FPGA內(nèi)部自定義LTM控制器和SD卡控制器模塊，輔助軟核工作，操作觸摸屏并讀取SD卡內(nèi)的JPEG圖片；UART接口用于和移植到CC2430的ZigBee模塊通信；采用定時器以嵌入uC/OS II操作系統(tǒng)。其硬件結(jié)構(gòu)圖如6所示。 圖6 FPGA硬件結(jié)構(gòu)圖4.系統(tǒng)硬件設(shè)計 本系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)是采用了模塊化設(shè)計的思想。從功能模塊上該系統(tǒng)可分為:體征信息采集模塊、無線收發(fā)模塊和通用串行總線接口傳輸模塊。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)由兩部分組成:一部分是數(shù)據(jù)采集和無線數(shù)據(jù)發(fā)射電路;另一部分是無

13、線數(shù)據(jù)接收和通用串行總線接口電路。系統(tǒng)的總硬件結(jié)構(gòu)如圖7所示。 無線模塊 嵌入式系統(tǒng)脈搏傳感節(jié)點溫度傳感節(jié)點血壓心率傳感節(jié)點無線發(fā)射模塊控制器串口網(wǎng)絡(luò)接口模塊Internet 圖7 系統(tǒng)的總硬件結(jié)構(gòu)操作流程：（1）.通過各傳感器節(jié)點準(zhǔn)確采集各項體征信號并交于89c51單片機進(jìn)行處理，計算出各項體征信息（包括體溫、血壓、脈搏、心率），組成體征采集子模塊，完成各項體征信息采集，并上傳到GPRS/GSM無線模塊。（2）.GPRS/GSM無線模塊將接收到體征信息，并準(zhǔn)確地送往上位監(jiān)控機。 （3）.基于FPGA的上位監(jiān)控機接收到下位機信息，并進(jìn)行分析處理及控制。5.系統(tǒng)軟件設(shè)計在軟件設(shè)計中，一般采用模塊

14、化的程序設(shè)計方法，它具有明顯的優(yōu)點。把一個多功能的復(fù)雜的程序劃分為若干個簡單的、功能單一的程序模塊，有利于程序的設(shè)計和調(diào)試，有利于程序的優(yōu)化和分工，提高了程序的閱讀性和可靠性，使程序的結(jié)構(gòu)層次一目了然。應(yīng)用系統(tǒng)的程序由包含多個模塊的主程序和各種子程序組成。各程序模塊都要完成一個明確的任務(wù)，實現(xiàn)某個具體的功能，在具體需要時調(diào)用相應(yīng)的模塊即可。由于系統(tǒng)各個模塊都有自己的程序，在此將列出個別模塊的程序流程圖。血壓及心率采集并顯示的處理流程如圖8所示。 開始A/D采樣數(shù)據(jù)處理子程序最大脈搏幅度保存最大幅度數(shù)據(jù)處理子程序計算最大脈搏幅度0.77倍和0.58倍顯示數(shù)據(jù)返回YN計算收縮壓、舒張壓及心率 圖8

15、 血壓、心率采集流程圖代碼如下：#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P10;/ASDX001與單片機連接口sbit RS=P35;sbit RW=P36;sbit EN=P37;unsigned char code str1=blood pressure: ;unsigned char code str2= ;uchar data disdata5;uint tvalue;/壓力值uchar tflag;/壓力正負(fù)標(biāo)志/*lcd1602程序*/void delay1ms(unsigned int

16、 ms)/延時1毫秒（不夠精確的）unsigned int i,j; for(i=0;ims;i+) for(j=0;j0;i-) DQ = 0; /給脈沖信號 dat=1; DQ = 1; /給脈沖信號 if(DQ) dat|=0x80; delay_asdx001(10); return(dat);void asdx001wr(uchar wdata)/*寫數(shù)據(jù)*/unsigned char i=0; for (i=8; i0; i-) DQ = 0; DQ = wdata&0x01; delay_asdx001(10); DQ = 1; wdata=1; read_pressure1()

17、/*讀取壓力值并轉(zhuǎn)換*/asdx001rst(); asdx001wr(0xcc);/*跳過讀序列號*/asdx001wr(0x44);/*啟動壓力轉(zhuǎn)換*/asdx001rst(); read_pressure2()uchar a,b;asdx001wr(0xcc);/*跳過讀序列號*/ asdx001wr(0xbe);/*讀取壓力*/ a=asdx001rd();b=asdx001rd();tvalue=b;tvalue=8;tvalue=tvalue|a; if(tvalue0x0fff) tflag=0; else tvalue=tvalue+1; tflag=1; return(tva

18、lue);/*/ void asdx001disp1()/壓力值顯示 uchar flagdat; disdata0=tvalue/1000+0x30;/百位數(shù) disdata1=tvalue%1000/100+0x30;/十位數(shù) disdata2=tvalue%100/10+0x30;/個位數(shù) disdata3=tvalue%10+0x30;/小數(shù)位 if(tflag=0) flagdat=0x20;/正壓力不顯示符號 else flagdat=0x2d;/負(fù)壓力顯示負(fù)號 if(disdata0=0x30) disdata0=0x20;/如果百位為0，不顯示 if(disdata1=0x30

19、) disdata1=0x20;/如果百位為0，十位為0也不顯示 void asdx001disp2() uchar flagdat; wr_com(0xc3); wr_dat(flagdat);/顯示符號位 wr_dat(disdata0);/顯示百位 wr_dat(disdata1);/顯示十位 wr_dat(disdata2);/顯示個位 wr_dat(0x2e);/顯示小數(shù)點 wr_dat(disdata3);/顯示小數(shù)位 wr_com(0xca); wr_dat(0xdf); wr_dat(0x43); /*主程序*/void main() init_play();/初始化顯示 wh

20、ile(1) read_pressure1();/讀取壓力 read_pressure2();/讀取壓力 asdx001disp1();/顯示 asdx001disp2();/顯示六、系統(tǒng)設(shè)計中遇到的問題及解決辦法：問題1：不能運用虛擬的調(diào)試助手建立GPRS的連接。解決辦法：在詳細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)不是自己的操作問題后上網(wǎng)查資料發(fā)現(xiàn)，想要建立GPRS的連接，就必須擁有的一個暴露在共網(wǎng)下的IP地址，但是實驗室的都是動態(tài)隨機分配，所以解決辦法就是用無線網(wǎng)卡或者用路由器撥號上網(wǎng)的那種。問題2：主程序的編寫與調(diào)試。在編寫程序的時候是分模塊寫的，所以在后期揉合一塊兒的時候出現(xiàn)了很多問題，只是顯示所設(shè)的初始值。經(jīng)

21、過老師以及的同學(xué)的分析知道是中斷那兒出現(xiàn)問題，經(jīng)過一下午的調(diào)試與編程終于及時的解決了此問題.問題3：硬件焊接過程。在軟件仿真出結(jié)果后，就開始電路板的焊接。但是在焊接完畢后出現(xiàn)了一些誤差，檢查后發(fā)現(xiàn)是某些電容或者是電阻值不是太精確所以會導(dǎo)致電路出來后出現(xiàn)一些偏差或者干擾。七、 設(shè)計心得體會和收獲：在本系統(tǒng)的設(shè)計中，我是負(fù)責(zé)GSM/GPRS模塊的調(diào)試。主要負(fù)責(zé)將下位機中采集到的數(shù)據(jù)及時的發(fā)送到上位機中，以便于實時的監(jiān)控與診斷。首先就是AT命令的學(xué)習(xí)，這部分是就是基本的指令，跟C51語言在單片機中的重要性一樣，本次實驗收獲就是掌握了一門語言了解了SIM300的工作原理，更加熟練的掌握了C51語言。而

22、在實驗的過程中心得體會就是學(xué)習(xí)初始的時候一定要一步一步的腳踏實的了解原理，這樣才能在運用這門技術(shù)做東西的時候的才能隨心應(yīng)手，也可以在出現(xiàn)問題的時候查出原因。團(tuán)隊精神我最大的收獲。只有團(tuán)隊里的每個人都在動手，都在為這個作品出力的時候那么你們的作品就是最好的。只有團(tuán)隊團(tuán)結(jié)才是這個作品最終的意義。在以后的工作中，我也會以本次的實驗問基點，不斷的學(xué)習(xí)與進(jìn)步。在本系統(tǒng)的設(shè)計中，我負(fù)責(zé)的主要是體征采集子模塊的設(shè)計。根據(jù)監(jiān)控對象的和監(jiān)控目的不同，體征信息采集模塊主要用于病人生理信號的采集，其檢測的體征信息主要包括:心率、血壓、脈搏、體溫四項基本體征信息。通過各傳感器節(jié)點準(zhǔn)確采集各項體征信號并交于微控制器進(jìn)行處理，計算出4項體征信息，組成體征采集子模塊，完成各項體征信息采集，并上傳到GPRS/GSM無限模塊。在過程中，首先遇到的問題是傳感器的選擇，通過查詢資料，了解各