心电数字无线遥测系统的设计

1 引言

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TRF4400和接收芯片TRF6900。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

整个系统主要包括发射器，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发射器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

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TRF4400的射频发送模块电路。其中无线射频收发芯片TRF4400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TRF6900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：