ZigBee無線傳感心電圖監(jiān)視儀技術(shù)

本文設(shè)計了基于ZigBee 無線傳感網(wǎng)絡(luò)的家庭遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護器，通過基于ARM7核的LPC2478提供的集成LCD支持將圖像顯示出來 ，同時將信號存儲在SD卡上，并通過10/100以太網(wǎng)傳輸給醫(yī)院，醫(yī)院反饋信息并將其顯示在LCD上，同時社區(qū)診所的協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)把診斷結(jié)果無線返回給相應(yīng)的家庭并在家庭LCD上顯示出來，用戶可以將結(jié)果傳輸?shù)郊彝ビ嬎銠C上進行存儲。該設(shè)計可以方便地構(gòu)建健康檢測網(wǎng)絡(luò)，不用復(fù)雜的操作便可以得到醫(yī)生的診斷，十分適合家庭用戶的使用。

　　系統(tǒng)實現(xiàn)

　　該系統(tǒng)中的傳感器用來檢測心電圖的微弱信號，再經(jīng)過放大濾波等調(diào)理之后進行編碼，然后通過ZigBee無線模塊發(fā)送到基于ARM和ZigBee協(xié)調(diào)器模塊的網(wǎng)關(guān)，通過外圍接口發(fā)送到上位機進行顯示處理，然后通過以太網(wǎng)傳送給社區(qū)診所，診所再將每個人的信息通過ZigBee無線模塊返回給各自的家庭，并在LCD上顯示醫(yī)院反饋的處理信息。通過合理選擇芯片能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗、低成本，檢測微弱的心電圖波形變化。

　　技術(shù)特點

　　1. 利用LPC2478可以實現(xiàn)多種高帶寬外設(shè)同步操作進行信息處理并實時顯示。

　　2. 采用基于CC2430的ZigBee無線傳輸，低成本、低功耗、自組網(wǎng)能力強、傳輸可靠、體積小、易攜帶。

　　3. 社區(qū)診所可以存儲整個社區(qū)業(yè)主的診斷結(jié)果，可以針對各業(yè)主的診斷結(jié)果進行必要的提醒、預(yù)防，有效降低發(fā)病率。

　　4. 用戶可以將診斷結(jié)果存儲在家庭計算機上，方便備用。

　　硬件平臺

　　嵌入式無線傳感心電圖監(jiān)視儀硬件部分主要包括主控、電源及復(fù)位、LCD顯示屏、ZigBee協(xié)調(diào)器、ZigBee路由器、ZigBee端點、傳感器及放大濾波調(diào)理電路、SD卡存儲、10/100以太網(wǎng)等9個功能模塊。硬件設(shè)計框圖如圖1所示。

　　主控模塊

　　該模塊采用了基于ARM7TDMI-S內(nèi)核的LPC2478微控制器，其功能強大、性價比高，含有一個LCD控制器，支持10/100以太網(wǎng)、全速(12Mbps)USB2.0、USB OTG和2個CAN2.0B通道，4個UART，1個SPI接口，2個同步串行接口(SSP)，3個I2C和1個I2S接口，帶有片上高速512KB的 Flash、98kB的RAM、一個外部存儲器接口、10位A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、一個內(nèi)部RC振蕩器和一個SD 存儲卡接口，從而消除了通信帶寬瓶頸，方便擴展USB接口、JTAG調(diào)試接口、觸摸屏，外擴芯片少，而且采用超小的LQFP208封裝，使得儀器的微型化得到了保證，其強大的功能能夠滿足嵌入式系統(tǒng)mC/OS—II及人性化的人機界面的要求。LPC2478非常適合便攜式電子產(chǎn)品應(yīng)用。

　　ZigBee模塊

　　在CC2430芯片上整合了ZigBee射頻(RF)前端、內(nèi)存和微控制器，其增強的8051MCU核的性能是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8051微控制器內(nèi)核性能的8倍;具有32/64/128 kB可編程閃存和8 kB的RAM;還含有8輸入通道8～14 bit可選的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、4個定時器;帶有2個強大的支持幾組協(xié)議的USART;較寬的電壓范圍(2.0～3.6 V);硬件支持CSMA/CA功能;在休眠模式下僅0.9mA的電流損耗，外部中斷或RTC能喚醒系統(tǒng)，在待機模式下電流損耗低于0.6mA，外部中斷能喚醒系統(tǒng);集成符合IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的2.4GHz的RF無線電收發(fā)機;具有優(yōu)良的無線電接收靈敏度和強大抗干擾性;集成度高，所需外圍器件少;擴展板包含有串口和LCD顯示器等，用于數(shù)據(jù)串行傳輸和數(shù)據(jù)顯示。信號采集與調(diào)理

　　采用低功耗、高精度的儀表放大器AD620作為前置放大器的核心器件。AD620具有高精度、高輸入阻抗、低輸入偏置電流、低輸入失調(diào)電流、低噪聲、低功耗、體積小等特點，非常適合應(yīng)用于醫(yī)療儀器系統(tǒng)。低通濾波器電路采用巴特沃斯四階濾波器TLC04，該器件成本低、易使用，提供精密的四階低通濾波器功能。緩沖器為一個同相電壓跟隨器，其作用是為了提高系統(tǒng)輸入阻抗和共模抑制比。限波器采用雙T帶阻濾波器，用來濾除50Hz的工頻干擾。主級放大器采用滿電源輸出幅度四運算放大器TLC2274，它提供優(yōu)秀的AC性能，且提供比普通CMOS運放更低的噪聲、低輸入失調(diào)電壓和低功耗性能。

　　ZigBee路由節(jié)點的程序流程圖如圖2所示。

　　數(shù)據(jù)處理及顯示描述

　　本設(shè)計采用差分閾值法檢測QRS波，其基本思想是：對濾波后的 ECG 信號進行差分運算，求出差分的閾值以確定 QRS 波形的下降沿，再根據(jù)一定的時間窗和幅度閾值來確定QRS 波的特征點。

　　采用掃描式心電描記法，其主要原理是：從左到右畫點，依次顯示出相應(yīng)的位置，同時新的點又將原來的點覆蓋掉，中間有一段緩沖區(qū)刷掉舊點。畫到最右端時，又從最左端畫下一幅圖，并且一直重復(fù)下去。上位機顯示波形圖如圖3。