一种基于GPRS的心电无线监护仪

心脏病是威胁人类生命与健康的最大顽疾， 其具有突发性、难预测、死亡率高等特点，因此对 患者的心电信号进行实时监测显得尤为重要? 。 大部分患者需要能随时提供心电监护的仪器，并 且使其工作和生活不会受到影响。基于这种转 变，无线心电监护系统的研究在近年来引起了国 内外的高度重视。例如李享元 等人研制的基于 GPRS的远程移动心电监护系统，Rune Fensli 等 人研制的无线便携式心电监护系统，Salvador 等 人研制了一种对于出院患者进行心电跟踪监护的 系统。

　　由于大多数心电监护仪成本较高，操作复杂，不 宜在家庭中普及，因此，作者研制一种能够实时采 集、分析及报警的家庭心电监护仪，患者可以通过佩 戴一个便携式的仪器，对心电信号进行实时监测、分 析，并对心率失常情况给予诊断及报警，当患者在规 定时间(10s左右)无法解除此报警时，表明患者确 实突发心脏病，监护仪可以通过GPRS无线模块以发送短消息的方式通知其家属，并通过拨打电话进 行语音报警；此监护仪还可作为紧急医疗救助报警， 即当患者感觉不适，可按下求助键，自动拨通求助电 话，为患者争取宝贵的救治时间。系统操作简便，非 常适合患者在家中使用。

　　1 系统硬件结构及原理

　　系统的硬件结构如图1所示。

　通过电极从人体上取得的心电信号，经过模 拟放大电路的放大、滤波处理之后进入MSP430单 片机，利用单片机内部的ADC12转换模块对模拟信号进行模数转换，采样频率为200Hz，并且将采 集到的波形送到液晶显示器上显示。待波形稳定 后，每隔3 s进行一次ECG检波分析，得出实时心 率并显示，从而判断心率是否失常，如果产生心电 异常立即报警，当患者在一定时间内无法自己解 除报警时，启动无线报警模块以发送短消息的方 式通知其家属，并通过拨打电话进行语音报警。

　　1．1 核心控制单片机

　　该系统的微控制器采用的是TI公司最近推出 的超低功耗16位单片机MSP430F44X，适合手持设 备的应用，主要特点包括：1．8～3．6V的低电压工作 范围；有五种节电模式，从等待模式唤醒的时间不超 过6 s；16位的精简结构指令，高效的寻址方式，指 令时间周期仅为125as，大部分指令可在一个指令 周期内完成；器件片内有JTAG调试接口，无需仿真 器和编程器，方便设计者开发调试。其系统结构主 要包括：16位的CPU、程序存储器(ROM)、数据存 储器(RAM)、FLL+时钟系统(片内DC0)、看门狗 定时器(watchDog)、ADC12(12位A／D)、比较器A [精确的模拟比较器，常用于斜边(S10pe)A／D转 换]、复位电压控制／电源电压管理、基本定时器 (Basic Timer1)、定时器(Timer―A和Timer．B)、LCD 控制器／比较器(多达160段)、硬件乘法器、6个I／ 0端口和2个串行口[5 3。系列中各种具体的型号稍 有差别。在本次设计中，选用MSP430F449作为系 统的控制器。

　　1．2 心电采集模块

　　心电采集模块主要包括心电信号的采集、放大 滤波及电平提升电路，如图2所示。心电信号的采 集是通过电极从人体上取得心电信号，体表ECG一 般只有0．05―5mV，频谱范围在0．5～lOOHz，具有 微弱和易受干扰等特点。因此放大滤波电路采用高 输入阻抗、高共模抑制比的差分放大电路进行前置 放大，可以抑制零点漂移，增大输入阻抗，减少共模 信号干扰。带通滤波电路主要由高通滤波器和低通 滤波器组成，通频带为1～100Hz，滤除心电频率范围以外的干扰信号。主放大器将ECG信号进一步 放大到合适范围(1000倍左右)后，经过50Hz陷波 处理滤除工频干扰，进行电平提升后送人核心控制 模块MSP430F449。

　1．3 液晶显示及键盘接口电路

　　本系统的人机交互功能是通过液晶显示器 (LCD)和键盘来实现，通过功能按键来选择菜单条 目，执行对应的功能。键盘的设计可分为独立按键 式键盘和矩阵式键盘。独立式键盘使用按键与单片 机的I／O端口线直接连接，一般用于少量按键的情 况下，而矩阵式键盘适用于按键较多，I／O 口线相当 紧缺的场合。采用矩阵式键盘，如图3所示，键盘使 用P1．1～P1．7共7根口线12个按键，键盘为3×4 格局，P1．1、P1．2、P1．3为行线，P1．4、P1．5、P1．6、 P1．7为列线。列线分别由上拉电阻上拉到VCC，在 行线与列线的每个交界处有一个按键，按键的两端 分别接在行线和列线上。目前只用到4个按键，分 别为功能键、选择键、取消键及确认键，其余为今后 功能扩展所预留。