遠程醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)

1、遠程醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)遠程醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)一、設(shè)計目的隨著電子信息的飛速發(fā)展，近年來，遠程醫(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。遠程醫(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，遠程醫(yī)生 /監(jiān)護人 可定時/實時監(jiān)控病患。該

2、系統(tǒng)測量準(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/

3、GSM模塊、FPGA開發(fā)箱；3. 鑲子、鉗子、電阻電容電位器導(dǎo)線等若十、焊錫若十。四、設(shè)計原理及設(shè)計方案1. 設(shè)計原理遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以定義為通過無線通信技術(shù)將遠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)的遠程監(jiān)護是年老體弱者口常監(jiān)護的一個重要內(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

4、著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和社會需求的口益增長，無線通信已經(jīng)進入規(guī)模 化發(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、身份識另叭非接觸 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4

5、22/485數(shù)據(jù)通信等領(lǐng)域。利用GPRS/GSM技術(shù)進行無線通信，使傳統(tǒng)的申口通訊擴展為 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 及申口設(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。 患者身上佩戴的采集終端，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

6、配置文件中，用戶可以手動修改，連接成功后進入就緒狀o如果有攜帶移動監(jiān)護設(shè)備的患者進入 AP的覆蓋區(qū)域移動監(jiān)護設(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)護設(shè)備發(fā)現(xiàn)和建鏈。之后移動監(jiān)護設(shè)備和AP之間進行SDP , L2CAP, RFCOMM連接。AP向服務(wù)器報告有移動監(jiān)護 設(shè)備進入該區(qū)域，此后 AP將透明地轉(zhuǎn)發(fā)AP和移動監(jiān)護設(shè)備之間的雙向數(shù)據(jù)。 主機可以通過AP和移動監(jiān)護設(shè)備的申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)護設(shè)備離 開該區(qū)域，同時患者攜帶的移動

7、監(jiān)護設(shè)備開始搜索新的AP。醫(yī)護人員根據(jù)移動監(jiān)護設(shè)備與哪一個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。圖1醫(yī)院無線監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(2)家庭監(jiān)護網(wǎng)絡(luò)體系方案遠程家庭監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)如圖2所示Intarna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)護基站設(shè)備）組成。監(jiān)護基 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程監(jiān)護服務(wù)器。遠程監(jiān)護服務(wù)器負責(zé)脈搏生 理數(shù)據(jù)的實時采集、顯示和保存。醫(yī)院監(jiān)護中

8、心和醫(yī)生可以登錄監(jiān)護服務(wù)器 查看被監(jiān)護者的生理信息，也可以 遠程控制家庭無線網(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)護者的親屆等也可以 登錄監(jiān)護服務(wù)器隨時了解被監(jiān)護者的健康狀況。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<=5A/D'轉(zhuǎn)換«=>單片機處理器模塊<=>無線數(shù)

9、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。由丁該系統(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。射頻部分1 音頻項急道 *有P分圖

10、4 GSM硬件框圖3. 基丁 FPGA勺上位監(jiān)控中心設(shè)計為了使便攜式心電監(jiān)護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UP - CUP FPGA2C35TI綜合實訓(xùn)平臺 為驗證平臺，TFTLCD IP核是在QuartusU 9. 0軟件平臺下，使用 Verilog在FPGA上用硬件邏輯電路 進行設(shè)計。該IP核是利用QuartusU開發(fā)和其集成的 SOPC Builder系統(tǒng)開發(fā)工 具而設(shè)計的。C/ GUI則是在配套開發(fā)軟件NiosH IDE中進行移植實現(xiàn)。實驗 結(jié)果表明，a C/GUI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

11、示圖片等功能。FPGA開發(fā)箱如下圖5所示.CAKIQ 405WQ 桿歡的城 PittM*】小?宇箱LCD蛔口0.5HZ-1MTW踮缺soPCttT'bii»SMlCM岫riCF卡"* S vedlo16色VGA慎口IDE#：】 NiwHWT：CPDR】沔土如所R«MIfiWARS*A«Mlt中塊*tt«nAHQ航ADCtmfIM圖5 FPGA開發(fā)箱便攜式醫(yī)療監(jiān)護儀已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚囊徊糠?。便攜式設(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

12、帶等用途。為了使便攜 式心電監(jiān)護儀實現(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，就是在基丁 NiosH處理器的嵌入式平臺上實現(xiàn)li C/GUI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戲術(shù)將Nios II處理器、外設(shè)接口 控制器等功能模塊集成到FPGA，構(gòu)成可編程片上系統(tǒng)。SDRAM、Flash控制器 用丁處理程序和數(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

13、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J PEG圖片；UART接口用丁和移植到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)模塊和通用申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 線數(shù)據(jù)接收和通用申行總線接口電路。系統(tǒng)的總硬件結(jié)構(gòu)如圖7所示。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

14、交丁 89c51單片機進行處 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) .基丁 FPGA的上位監(jiān)控機接收到下位機信息，并進行分析處理及控制。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，有利丁程序 的設(shè)計和調(diào)試，有利丁程序的優(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

15、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。由丁系統(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所示圖8血壓、心率采集流程圖代碼如下：#include<reg51.h>#define uint unsigned intsbit DQ=P1A0;/ASDX001 與單片機連接口sbit RS=P3A5;sbit RW=P3A6;sbit EN=P3A7;unsigned char code str1="blood pressure: "unsig

16、ned char code str2=(ir;uchar data disdata5;uint tvalue;/壓力值uchar tflag;/壓力正負標(biāo)志/*lcd1602程序 */延時1毫秒（不夠精確的）寫數(shù)據(jù)/void delay1ms(unsigned int ms)/unsigned int i,j;for(i=0;i<ms;i+)for(j=0;j<100;j+);void wr_com(unsigned char com)/寫指令 /delay1ms(1);RS=0;RW=0;EN=0;P0=com;delay1ms(1);EN=1;delay1ms(1);EN=0;

17、void wr_dat(unsigned char dat)/(delay1ms(1);RS=1;RW=0;EN=0;P0=dat;delay1ms(1);EN=1;delay1ms(1);EN=0;void lcd_init()/ 初始化設(shè)置 /(delay1ms(15);wr_com(0x38);delay1ms(5);wr_com(0x08);delay1ms(5);wr_com(0x01);delay1ms(5);wr_com(0x06);delay1ms(5);wr_com(0x0c);delay1ms(5);void display(unsigned char *p)/ 顯示 /(

18、while(*p!='0')(wr_dat(*p);p+；delay1ms(1);init_play()/初始化顯示( lcd_init();wr_com(0x80);display(str1);wr_com(0xc0);display(str2);void delay_asdx001(unsigned int i)/ 延時 1 微秒(while(i-);void asdx001rst()/*ds1820 復(fù)位 */( unsigned char x=0;DQ = 1;/DQ復(fù)位delay_asdx001(4); / 延時DQ = 0;/DQ拉低delay_asdx001(10

19、0); /精確延時大于 480usDQ = 1;/ 拉高delay_asdx001(40); uchar asdx001rd()/* 讀數(shù)據(jù) */ ( unsigned char i=0;unsigned char dat = 0;for (i=8;i>0;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; i>0

20、; i-)(DQ = 0;DQ = wdata&0x01;delay_asdx001(10);DQ = 1;wdata>>=1;read_pressure1()/*讀取壓力值并轉(zhuǎn)換*/(asdx001rst();asdx001wr(0xcc);/* 跳過讀序歹U號 */ asdx001wr(0x44);/* 啟動壓力轉(zhuǎn)換 */ asdx001rst();read_pressure2()(uchar a,b;asdx001wr(0xcc);/*跳過讀序歹U號 */asdx001wr(0xbe);/*讀取壓力 */a=asdx001rd();b=asdx001rd();tval

21、ue=b;tvalue<<=8;tvalue=tvalue|a;if(tvalue<0x0fff)tflag=0;else(tvalue=tvalue+1;tflag=1;return(tvalue);/*void asdx001disp1()/壓力值顯示(uchar flagdat;disdata0=tvalue/1000+0x30;/ 白位數(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=

22、0x20;/正壓力不顯示符號elseflagdat=0x2d;/ 負壓力顯示負號if(disdata0=0x30)(disdata0=0x20;/如果白位為0,不顯示if(disdata1=0x30)(disdata1=0x20;/如果白位為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);/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);

23、/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while(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

24、法就是用無線網(wǎng)卡或者用路由器撥號上網(wǎng)的那 種。I可題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)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)一些偏差或者十?dāng)_。七、設(shè)計心得體會和收獲：在本系統(tǒng)的設(shè)計中，我是負責(zé) GSM/GPRS模塊的調(diào)試。主要負責(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)

25、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。團隊精神一一我最大的收獲。只有團隊里的 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。只有團隊團結(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)與進步。在本系統(tǒng)的設(shè)計中，我負責(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