基于便攜式微電腦的多參數(shù)生理監(jiān)護(hù)儀研制

前言

多參數(shù)重量監(jiān)護(hù)儀能為醫(yī)學(xué)臨床診斷提供重要的病人信息，可實(shí)時(shí)檢測(cè)人體的心電信號(hào)、心率、血氧飽和度、血壓、呼吸頻率和體溫等重要參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各參數(shù)的監(jiān)督報(bào)警。信息存儲(chǔ)和傳輸，是一種監(jiān)護(hù)病人的重要設(shè)備，但目前國(guó)內(nèi)的監(jiān)護(hù)儀一般功能單一，多為 CRT顯示，體積較大，移動(dòng)不方便，存在著不足。
該便攜式微電腦參數(shù)生理監(jiān)護(hù)儀，檢測(cè)參數(shù)多，設(shè)計(jì)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(shí)、連續(xù)、長(zhǎng)時(shí)間地檢測(cè)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(jià)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(hù)儀的主機(jī)由兩個(gè)16位微控制器80C196組成。

系統(tǒng)通過(guò)信號(hào)檢測(cè)與預(yù)處理模塊將生物醫(yī)學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并進(jìn)行干擾抑制、信號(hào)濾波和放大等預(yù)處理。然后，通過(guò)數(shù)據(jù)提取與處理模塊進(jìn)行采樣、量化，并對(duì)各參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)果與設(shè)定閾值比較，進(jìn)行監(jiān)督報(bào)警，將結(jié)果數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)到RAM，并可實(shí)時(shí)傳送至PC機(jī)上，在PC機(jī)上可實(shí)時(shí)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(hù)儀由兩個(gè)單片機(jī)組成雙CPU系統(tǒng)。

單片機(jī)1完成對(duì)體溫、心電波形、脈搏脈形的信號(hào)檢測(cè)、處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并通過(guò)LCD顯示屏對(duì)各波形、參數(shù)進(jìn)行定時(shí)顯示、報(bào)警。

單片機(jī)2承擔(dān)其中耗時(shí)較長(zhǎng)的血壓測(cè)量及血氧飽和度的檢測(cè)，使之不影響整個(gè)系統(tǒng)的正常工作，同時(shí)還承擔(dān)對(duì)心率、呼吸頻率的測(cè)定。

兩個(gè)單片機(jī)間的信息交換通過(guò)1個(gè)8位的并行口進(jìn)行，由2根I/O口實(shí)現(xiàn)通信控制。具體是用P1口，配合兩個(gè)高速輸入、輸出I/O口（HIS.0、 HSO.0），用作兩個(gè)單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送。這種雙機(jī)間的連續(xù)方式屬于松耦合的多處理機(jī)系統(tǒng)（參考文獻(xiàn)8），在硬件實(shí)現(xiàn)上較為簡(jiǎn)單，只需在軟件編程時(shí)，為其通信方式設(shè)計(jì)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(jì)

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

（2）液晶顯示模塊

為了對(duì)心電波形、脈搏波形及其它生理參數(shù)進(jìn)行顯示，而且對(duì)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(shí)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(hù)儀的單色LCD顯示屏。

該顯示屏為日立LMG70520XNGR液晶顯示屏，點(diǎn)陣數(shù)為640×200，點(diǎn)尺寸為0.22×0.30，其驅(qū)動(dòng)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(jì)算機(jī)的指令與數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生相應(yīng)的時(shí)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(guò)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(jì)的功能鍵采用中斷方式輸入。當(dāng)有任一功能鍵按下時(shí)，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(méi)有鍵按下時(shí)，不占用CPU的運(yùn)行時(shí)間，提高了CPU的運(yùn)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(jī)1的總線上。不占用單片機(jī)I/O口線，也不必為此擴(kuò)展系統(tǒng)I/O口，可減少系統(tǒng)消耗功率。

通過(guò)為鍵盤分配相應(yīng)的I/O地址，可采用讀寫(xiě)該地址的方式獲得鍵碼。硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)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(jì)采用三節(jié)1.5V電池供電。該電壓通過(guò)穩(wěn)壓器件提供+5V的電壓給系統(tǒng)工作。同時(shí)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(jià)格。