一款低功耗移動心電監(jiān)控系統(tǒng)的設計

1.引言

隨著當前信息技術和醫(yī)療水平的不斷發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高，越來越多的人們對個人及家庭的健康護理提出了更高的要求，希望能夠隨時了解自己的身體健康狀況，并盡早發(fā)現(xiàn)病癥、解決問題。目前傳統(tǒng)的Holter系統(tǒng)體積大，使用不便的缺點也給人們的日常使用帶來了很大不便。因此，利用最新的無線傳感網與微處理器技術，設計實現(xiàn)一個可長期在線且具有無線移動監(jiān)控能力的移動心電信息采集監(jiān)控系統(tǒng)具有很高的實用價值和市場潛力。

本文通過研究人體心電信號的各項主要特征和實際監(jiān)測應用需求，設計開發(fā)了一套無線傳感心電信息監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過嵌入內衣穿戴的智能電極對心電信號進行采集處理，并通過目前已成為移動設備標配的藍牙無線數(shù)據(jù)網絡將心電數(shù)據(jù)發(fā)送至Android智能監(jiān)控終端進行接收數(shù)據(jù)的存儲、管理和分析。

2.系統(tǒng)設計的總體結構

系統(tǒng)總體結構框圖如圖1所示，包括嵌入內衣的心電圖導聯(lián)、智能電極信號處理電路模塊、以及配置有藍牙的智能Android終端應用，其中智能電極信號處理模塊包括模擬信號調理電路、微處理器電路和無線藍牙網絡模塊以及可在模塊上擴展體溫傳感器和血氧探頭等，進而擴展生命健康監(jiān)測參數(shù)。

本系統(tǒng)首先將嵌入內衣的導聯(lián)電極采集的心電信號送往智能電極中信號處理電路模塊中，由模擬信號調理電路進行濾波放大。

信號經調理之后經A/D轉換送給主控微處理器分析預處理。之后經無線藍牙網絡通過無線信道送給配置有藍牙的智能Android終端應用進行診斷分析以及監(jiān)控顯示。當發(fā)現(xiàn)異常時，終端應用發(fā)出警報并可將結果通過移動互聯(lián)網發(fā)送至遠程醫(yī)療中心。

由于智能電極中模擬信號調理電路不是本文對系統(tǒng)設計所要重點闡述的部分，所以本文主要對數(shù)據(jù)分析預處理、無線藍牙通信和Android終端應用程序設計做介紹。

3.智能電極控制軟件設計

本系統(tǒng)采用TI公司MSP430G2553超低功耗微處理器構建中心處理單元。MSP430單片機在低功耗方面表現(xiàn)出色，支持快速休眠，大量節(jié)省系統(tǒng)能耗，并且在惡劣條件下工作性能穩(wěn)定。所采用的G2553型號單片機加載有自主設計的危急特征提取算法，能夠滿足設計的需求。

如圖2所示為智能電極控制軟件流程圖。

主要過程為在信號調理電路預處理心電模擬信號之后，超低功耗微處理器通過內置的10位AD轉換模塊(采樣精度為3mV)對模擬數(shù)據(jù)進行采集和轉換，采樣周期為5ms,并將轉換后的數(shù)據(jù)取高8位后通過與異步串口(UART)交由藍牙模塊通過無線藍牙網絡發(fā)出。

4.Android終端應用程序設計

4.1 藍牙數(shù)據(jù)接收模塊設計

現(xiàn)代社會智能移動終端已經成為人們生活中不可或缺的一部分，而目前大部分以手機為代表智能移動終端都是以Android系統(tǒng)為操作平臺并配置有藍牙裝置，因此為了滿足人們日常生活使用的需求以配置有藍牙的智能Android移動終端為數(shù)據(jù)處理和診斷平臺來開發(fā)應用程。該應用程序以Java語言為主來進行開發(fā)。如圖3所示為Android設備藍牙數(shù)據(jù)接收模塊設計。