掌上多功能监护呼救定位系统的研制

　　引言

　　目前，社会上的独居老人、儿童或其他自理能力较差的个体发生一些意外情况时，往往得不到及时的处理和救护。在诸多的意外情况中，有一类意外——跌倒——非常具有代表性。跌倒动作可能会对人体产生危害，因此如何检测出这种运动状态的突然改变过程并对发生运动状态突变的个体所经受的伤害风险进行及时评估，对于快速引导救助和妥善处理发生跌倒的个体而言非常重要。

　　流行病学研究显示，以心血管系统异常表现为首发症状和体征，可表现为各种类型心律失常、夜间心绞痛和心肌梗死，均可通过心电图的监护及早发现。

　　本方案旨在设计一款随身携带的传感设备，通过实时检测佩戴者的人体姿态和心电信号，并进行必要分析，获得佩戴者的生理状态信息。当传感设备识别出佩戴者可能发生意外情况后，立即将报警信息和佩戴者的地理位置信息通过短信方式发送至预设的接收者手机上，使接收者能在第一时间获知紧急情况并采取必要的救助措施。

　　目前我国社会结构问题中，人口老龄化和残障人员的保护问题日益严重。伴随老年人数量的大幅增长以及已有的数量巨大的残障群体，国家的医疗保障负担越来越沉重。本设计所关注的健康问题与上述两类人群有密切关系——充分考虑了家庭作为上述人群日常活动的主要场所和对疾病治疗恢复的重要性，响应了国家对于疾病治疗模式中“早发现，早治疗”的倡导，因此不仅具有良好的社会效益，更由于其广阔的目标市场而具有可观的经济效益。

　　基本设计

　　装置的基本功能设置

　　根据本装置的应用背景，对其应具有的基本功能设定如下：

　　数据采集功能。包括心电图和身体加速度信息的采集和分析;

　　数据存储功能。对采集到的心电图和加速度信息进行保存;

　　人机交互功能。键盘响应使用者的输入，液晶屏显示交互信息，必要的声音提示;

　　报警信息发布。将检测到的危险情况通过一定的方式发送给预先设定的接受者;

　　定位信息获取。对发生危险情况个体所处的地理位置进行定位;

　　便携性设计。体积小，重量轻，低功耗。

　　系统方案设计

　　由基本功能设置，可以向系统方案设计进行映射。本设计采用MCU作为系统的核心组件，通过围绕MCU配置外设实现上述功能配置。由于本方案使用的MCU为时代民芯公司提供的MXT8051，故系统方案将在满足便携性需求的设计框架内，对外围模块进行设计细化。

　　根据基本功能设置所产生的系统基本设计框图如图1所示。

　　MXT8051提供了丰富的接口和集成外设模块，充分利用片内资源同时简化外围模块设计是实现低功耗设计的关键因素。下面对各外围模块分别进行描述。

　　ECG采集模块。ECG信号为微弱生物电信号，信号幅值为1mV左右，带宽约为0Hz~40Hz。考虑到模数转换使用MCU集成的外设，其输入动态范围为0~电源电压，故必须对原始的ECG信号进行放大，并通过滤波进一步改善通带内信号的质量。ECG采集模块由放大级和滤波级两部分组成，放大级要求具有高输入阻抗、高共模抑制比的特性，可通过选用仪表放大器芯片满足该特性并提供较理想的功耗特性;滤波级要求在通带内具有较为线性的响应，而对于通带外的信号具有较强的衰减同时还有足够的驱动能力，MXT8051内部集成了3个运算放大器和一个可变增益放大器，非常适合构建有源滤波器电路。