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心电数字无线遥测系统的设计

作者:时间:2017-06-06来源:网络收藏

1 引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201706/350064.htm

无线遥测产品的市场发展迅速,最近业界也掀起了一场无线应用的革命,无线遥测技术已经成为产品竞争力的一个重要因素。从发展的角度来看,医疗监护产品的无线化、网络化是发展趋势,移动型、具备无线联网功能的监护产品将成为未来市场的主流,另外,TELEMEDICINE(远程医疗)的发展也将使无线监护与无线互联技术大有用武之地。无线应用的前景广阔,因此研制开发无线监护产品势在必行。

在该系统中使用了TI公司的单片无线发送芯片T4400和接收芯片T6900。该芯片功耗低,抗干扰能力强,且使用ISM频段,频率无需申请.可广泛应用于无线数据采集系统、无线监控系统、收费系统、智能卡、设备遥控等场合,应用前景十分广泛。

2.系统结构和功能概述

整个系统主要包括,接收箱,PC终端显示,远程中央站等组成(见图1)。接收箱出为TTL异步串行数据,模块化的好处是可以非常地增减通道,方便地为床边监护仪配置遥测接收模块(图2)。接收箱输出为10BASE-T接口,直接和远程的中央站产品接口,单接收箱的容量为8床。通过同时使用多个接收箱,可实现n*8的容量,容量的上限主要由可用频率带宽限制。

首先通过携带在病人身上的将病人的信息采集处理后发射出去,接收箱完成数据接收,送给床边监护仪显示打印,最后通过10BASE网线送给中央站实现远程诊疗。

3.硬件电路设计

3.1.

发射器包括心电参数电路,用于基带数字信号处理的MSP430微控器,以及T4400的射频发送模块电路。其中无线射频收发芯片T4400是整个系统的核心,直接关系到整个系统的性能。电路如图2所示

1) 心电参数电路

人体微弱心电信号经过保护电路,差模放大,滤波等电路后得到心电信号ECG,导联脱落FAIL_RA,FAIL_LL信号,然后通过MSP430自带的12BIT的AD转换,参数电路可以通过SHUTDOWN即开关电源信号受控于控制器。通过PACE波捡出得到PACE脉冲信号,利用MSP430的I/O口中断功能捕获。

2) 微控制器

本系统中使用的微控制器是TI公司的MSP430。它具有功耗低、体积小等特点,有丰富的硬件资源。

系统还扩展了按键电路,如护士呼叫等按键,电池电压低,采样导联线脱落等发光二极管状态指示和报警。

3)供电电路

发射器采用两节5号镍氢电池供电,容量为1300mAh,可直接对微控制器和T6900供电,用电源变换芯片变换为+/-5V为心电ECG参数电路供电,为了达到20小时以上的工作时间,要求发射器的功耗在120mW以内,发射部分的平均功耗估计在80mW左右,这样分配给其他部分的功耗为40mW,这对设计提出了较高要求。对ECG电路需要做针对低功耗的设计优化,通过选用低功耗的芯片,这个目标是可以达到的。

3.2.RF无线链路

该部分是采用TI的无线收发模块TRF4400来完成的,它可实现基带数字信号的透明传输,TRF6900采用DDS和PLL技术,该技术直接由基带数字信号0,1产生相应两种不同频率的正弦波,具体是当传输0的时候是根据外接的参考频率和DDS的编程设置产生输出某个频率,而1则是在此基础上根据调制系数的传输速率来编程产生偏移频率

具有频率范围宽、频率分辨率高、可用软件方便地控制输出频率等优点,但DDS由于受参考频率的限制,输出频率通常较低,为了满足实际需要,所以DDS输出的中频信号要经过PLL进行倍频。倍频倍数N可设置为256或512,工作模式有两种选择,分别为模式0和模式1,通过MODE线选择,均可设置为发射或接收,由STANDBY选择工作模式或者待机模式,频率方案可通过编程四个专门工作寄存器A,B,C,D灵活设置。它专门有供编程用的串行接口,分别是串行时钟线CLOCK,数据线DATA,选通线STROBE,在CLOCK的每个上升沿将DATA数据线上的一位数据写入TRF6900的24位的移位寄存器,顺序由高到低,最前面2,3位是地址位,在STROBE为高电平时写入相应的工作寄存器,其中A,B分别是模式0和模式1的频率设置寄存器,而频偏可由D来设置。

由于TRF6900不需要很多其它的外接电路,灵活编程的特点我们可根据要求灵活设置。本系统的发射和接收都采用FSK调制解调的方式,系统工作在430MHz的UHF频段,采用频分多址的方式,发射器和接收器是一对一的,每个发射器加玫拇?硎?0KHz,传输速率为9600kbps,在发射器的功率符合无线法规以及接收器的灵敏度足够大的情况下,理论上传输距离可以达到十几公里,由于各种损耗的原因,实际上可以达到四五百米。TRF4400射频部分的电路如下图3所示:




关键词: 心电图 RF 发射器

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