可攜式心電無線監護儀的製作方法

2023-10-21 05:17:27 2

專利名稱：：可攜式心電無線監護儀的製作方法
技術領域：
：本實用新型是可攜式心電無線監護儀，屬於電子醫療儀器研製開發
技術領域：
。技術背景眾所周知，心血管疾病已經是威脅人類生命健康的第一大殺手。據WHO報告，每年因心血管疾病導致死亡的人有1750萬，心血管疾病為首位死亡原因，約佔各種原因死亡的30%。預計到2020年，死於心血管疾病的患者將達到2500萬人。在我國，心血管病的患病率、發病率及死亡率也呈不斷上升趨勢，其死亡人數約佔總死亡人數的40%。心臟病具有突發性、難預測、死亡率高等特點，因此對患者的心電信號進行實時監測顯得尤為重要。而目前由於人們生活方式的改變及社會競爭激烈等因素，心血管疾病的發病率不斷上升，並且具有低齡化的趨勢，大部分患者需要能夠隨時提供心電監護的儀器，並且使其工作和生活不會受到影響。目前的大多數心電監護儀成本較高，操作複雜，不宜在家庭中普及；由於採用有線的通訊方式，只能應用於固定環境或小活動範圍，達不到動態監護的目的。
實用新型內容本實用新型的目的在於研製一種應用於家庭的可攜式心電無線監護儀,能夠實時釆集、分析及報警。其可以通過佩戴的可攜式儀器，對心電信號進行實時監測、分析，並對心率失常情況給予診斷及報警，當患者在規定時間內無法解除此報警時，監護儀可以通過無線模塊向監護終端發送短消息，爭取寶貴的救治時間。為了實現上述目的，本實用新型採取了如下技術方案。主要包括有心電採集模塊1、放大濾波處理模塊2、微控制器3、液晶顯示模塊4、電源模塊5，放大濾波處理模塊2將心電採集模塊1採集到的心電信號放大、濾波後送入微控制器3，其特徵在於還包括有與微控制器3相連接的鍵盤6和GPRS無線模塊7，鍵盤6可以控制微控制器3開始採集心電信號，並每隔25秒鐘對心電信號進行一次ECG檢波分析，ECG檢波得出的心率送至液晶顯示模塊4顯示，若心電異常(如心率過速或過緩)，蜂鳴器8響起，通過鍵盤6可斷開蜂鳴器與微控制器3的連接，若在610秒鐘內蜂鳴器8與微控制器3沒有斷開連接，微控制器將通過GPRS無線報警模塊7發送短消息給監護終端。所述的鍵盤6包括有與微控制器3的輸入輸出口相連接的S1、S2、S3、S4四個按鍵，按鍵S2的按下可控制微控制器3開始採集心電信號，按鍵S3可根據液晶顯示模塊4所顯示的心電信號波形來調整其幅值，按鍵S4按下使微控制器3每隔25秒鐘對心電信號進行一次ECG檢波，蜂鳴器響起時，按下確認鍵S1，則確認心電信號並非真正異常，通過軟體設置蜂鳴器與單片機斷開即解除報警。所述的微控制器3為16位單片機MSP430。儀器可以使用鋰電池或交流電源供電，通過電源電路將輸入電壓轉換為所需要的電壓。本實用新型採用超低功耗16位單片機MSP430作為系統內核和GPRS無線模塊進行報警，使監護儀具有體積小、功耗低、運行穩定可靠等優勢。該監護儀成本低，便於攜帶，大大提高了心電監護儀的應用範圍。圖l:系統流程圖；圖2:心電無線監護儀系統原理結構框圖圖3:心電信號放大濾波電路結構圖圖4:監護儀數字部分電路圖圖5:電源電路圖圖6:脈搏信號放大濾波電路圖具體實施方式下面結合圖1圖6詳細說明本實施例。本實施例主要包括有心電採集模塊l、放大濾波處理模塊2、微控制器3、液晶顯示模塊4、電源模塊5、鍵盤6、GPRS無線模塊7，鍵盤6包括有與微控制器3的輸入輸出口相連接的S1、S2、S3、S4四個按鍵。其中，放大濾波處理模塊2將心電採集模塊1釆集到的心電信號放大、濾波後送入微控制器3。鍵盤6可控制微控制器3進行心電信號的釆集，並對採集結果進行ECG檢波分析，得出實時心率，若心率常，則報警，若報警在10s中內沒被解除則啟動GPRS無線報警模塊向監護終端發送短消息。本實施例的可攜式家庭心電無線監護儀以美國德州儀器公司的超低功耗16位單片機MSP430F449作為控制核心，MSP430F449單片機內置一個八通道的12位A/D轉換器，因此不需要外加ADC晶片，同時還含有兩個通用同步/異步串行通訊接口，使接口電路的設計更加簡單，集成度更高，儀器的體積大大減少，增強了監護儀的便攜性。本實施例的心電無線監護儀的通信方式採用GPRS無線模塊，通過現有的、成熟的GSM網進行通信，只要GSM網覆蓋到的地方都能應用。因此擴大了患者的活動範圍，使得患者的生活質量得以提高。在本監護儀中，無線通訊模塊採用的是西門子公司的GSM/GPRS無線模塊MC55，它是當今市場上尺寸最小的三頻模塊，其緊湊型設計特別適用於可攜式設備。該模塊體積小(5.5g)，功耗低(峰值電流450mA)，控制簡單，內置AT指令集、TCP/IP協議。在單片機的控制下，利用現有的GSM網絡進行信號的處理和傳輸，從而實現遠程無線監護的目的。MC55模塊可以快速可靠地實現數據和語音傳輸、短消息以及傳真服務等無線通訊功能。它提供一個50管腳的零插入(ZIF)連接器，該連接器中包括了電源接口、串行接口、音頻接口、SIM卡接口等幾個子接口，可以通過這些接口分別與SIM卡座、天線及主控制器相連。本實用新型的心電監護儀的數字部分電路圖如圖4所示。鍵盤是人機對話的輸入設備，藉助鍵盤可以向系統設置參數，發出控制命令等。在鍵盤掃描時，首先根據讀出的Pl埠的P1.4、PI.5、PI.6、P1.7中哪個口線輸入的值不為1來確定按鍵位於哪一列，然後檢測PI.3的值是否為1，因為設計中只用到4個按鍵且在同一行，所以如果PI.3的值為1說明按鍵即是此列按鍵，從而確定按鍵的位置，執行相應的操作。其中，Sl為確認鍵、S2為選擇鍵，S3為波形調整鍵，S4為檢測鍵。進行心電無線監測時，首先通過電極從人體上取得心電信號，送入前置放大濾波器，經過模擬放大電路的放大、濾波處理之後進入單片機，按下確認鍵S1後，液晶顯示模塊將顯示菜單界面，此時可以按下採集鍵S2選擇採集心電信號，然後按下確認鍵S1，則利用單片機內部的ADC12轉換模塊對模擬信號進行模數轉換，並且將採集到的波形送到液晶顯示器上顯示。由於個體差異，可以根據所顯示的心電信號的幅值通過S3來調整波形大小，待波形穩定後，按下檢測鍵S4，則每隔3s進行一次ECG檢波分析，得出實時心率並顯示，從而判斷心率是否失常，如果產生心電異常立即報警，若在8秒鐘內沒有按下確定鍵S1解除報警時，啟動GPRS無線報警模塊向監護終端發送短消息。如圖4所示，J一LCD為LCD顯示器接口插座，點陣式液晶顯示器除可以顯示字符外，還可以顯示各種圖形信息、漢字等，本實施例中的液晶顯示模塊4採用RT12864CT點陣式液晶顯示器，液晶顯示器RT12864CT是一個128X64點陣顯示模塊，EL背光，可以顯示圖形和文字。如圖4所示，U6為RS232串行接口晶片MAX3232，J2為串行接口插座，可通過此串行接口與MC55無線模塊進行通信。由於MSP430的信號電平只有3.3V，所以選用MAXIM公司新推出的3.3V邏輯電平轉換晶片MAX3232來完成電平轉換，把MSP430串行輸出的CMOS電壓轉換為標準的RS-232-C邏輯電平。JTAG為JTAG調節接口插座，通過此插座與PC機相連，實現程序的在線調試與下載。為了使監護儀便於攜帶，研製的心電無線監護儀可以採用+3.7V鋰電池供電，由於MSP430單片機以及相應數字部分的器件採用低電平，所以需要設計為+3.3V電源供電，而監護系統中放大濾波電路等模擬部分採用的運算放大器等是土5V電源供電的。因此，我們需要把供電電壓轉換成+3.3V、+5￥和-5V，以供給MSP430單片機及其模擬、數字電路部分。電源電路如圖5所示，主要採用凌特公司的電源管理晶片LTC3441和LT1613和MAXIM公司的產品MAX860。LTC3441是一款高效率、固定頻率的降壓-升壓型DC/DC轉換器，它能在輸入電壓高於、低於或等於輸出電壓的條件下進行高效操作。靜態電流僅為25uA，符合本系統的低功耗設計，從而使得該產品成為輸出電壓處於電池電壓範圍內的單節鋰離子電池應用或多節電池應用的理想選擇。突發模式操作由用戶來控制，並可通過驅動M0DE/SYNC引腳至高電平來使能。如果M0DE/SYNC引腳被驅動至低電平或具有一個時鐘，則固定頻率幵關操作被使能丄TC3441的典型工作電路如圖5所示，輸入電壓為+3.7V，輸出電壓為+3.3V。LT1613是業界第一個採用5引腳SOT-23封裝的電流模式DC/DC轉換器。它針對小型、低功率應用，可在低至1.IV的輸入電壓下工作，開關頻率為1.4腿z，得益於它的小尺寸和高開關頻率，用戶僅需小於0.2平方英寸的印刷電路板面積就能實現完整DC/DC轉換器功能。該器件能夠從3.3V的電源中產生5V電壓和200mA電流，或者從四節鹼性電池產生5V電壓和175mA電流。LT1613的典型工作電路如圖5所示，輸入電壓為+3.3V，輸出電壓為+5V。MAX860可以將輸入範圍在+1.5V至+5.5V的電壓對等的轉換為相應的負電壓(g卩-5.5V到一1.5V)，或者將輸入範圍為+2.5V至+5.5V的電壓變換為雙倍輸出，在本設計中應用其可輸出負壓的功能，即將+5V轉換為-5V的電壓。心電信號放大濾波電路如圖6所示，它是由前置放大電路、主放大電路、帶通濾波器、電平提升電路和限幅電路組成。電路中共使用了兩片14腳IC晶片TL084、一片8腳IC晶片AD620和一片20管腳的帶通濾波器晶片MAX275。從傳感器提取的心電信號的電壓幅值只有幾毫伏，因此根據心電信號特點及設計要求，通常要求心電放大器應具有幾百至上千倍的放大倍數。本設計中ECG放大電路第一級採用了AD公司的高性能運放AD620，它是一種只用一個外部電阻就能設置放大倍數為11000的低功耗、高精度儀表放大器。電源範圍寬(±2.3V土18V)，設計體積小，功耗非常低(最大供電電流僅為1.3mA)，因而非常適合用於傳感器接口、心電圖監測儀、精密電壓電流轉換等低電壓、低功耗的場合。同時心電信號易受到高頻幹擾和50Hz市電幹擾，所以電路中採用一個0.05100Hz的帶通濾波器及50Hz陷波電路，消除50Hz工頻幹擾，抑制其它高頻噪聲。由於採集到的心電信號是雙極性信號，而MSP430單片機內部的A/D模塊只能對單極性信號進行轉換，所以要將模擬信號進行電平提升，使其波形處於正區間，因此設計一個電平提升電路來提高模擬心電信號的電壓。同時，為了使心電信號不超出A/D模塊的參考電壓範圍，還需要設計限幅電路來限制模擬信號的動態電壓範圍。利用本監護儀我們進行如下測試。開機上電後，首先出現歡迎界面，表明儀器進入正常工作。從發生器中提取各種心電信號，按下確認鍵S1後，液晶顯示器將顯示是否釆集心電信號，此時可以按下採集鍵S2，則利用單片機內部的ADC12轉換模塊對模擬信號進行模數轉換，並且將釆集到的波形送到液晶顯示器上顯示。因各人體情況不同，心電信號的幅值大小可能有所不同，因此可以通過調節按鍵S3來調整所顯示的波形幅值的大小，以達到最佳波形。在調整好波形並達到穩定後，按下檢測鍵S4，則每隔一段時間(3s左右)進行一次ECG檢波分析，得出實時心率並顯示，從而判斷心率是否失常，如果產生心電異常立即報警，若在一定時間內無法按下確定鍵S1解除報警時，啟動GPRS無線報警模塊向監護終端發送短消息。實驗完成後，將檢測結果與心電信號發生器所產生的心電波形的實際參數進行對比，其結果如表1所示。可見檢測結果的心率參數基本上與實際產生的心電信號參數一致，這反映了系統的準確性。測試結果表明本心電監護儀操作簡單，工作穩定，能對心電信號並進行實時監護並報警。表l檢測結果比較tableseeoriginaldocumentpage9權利要求1、可攜式心電無線監護儀，主要包括有心電採集模塊(1)、放大濾波處理模塊(2)、微控制器(3)、液晶顯示模塊(4)、電源模塊(5)，放大濾波處理模塊(2)將心電採集模塊(1)採集到的心電信號放大、濾波後送入微控制器(3)，其特徵在於還包括有與微控制器(3)相連接的鍵盤(6)和GPRS無線模塊(7)，鍵盤(6)可以控制微控制器(3)開始採集心電信號，並每隔2～5秒鐘對心電信號進行一次ECG檢波分析，ECG檢波得出的心率送至液晶顯示模塊(4)顯示，若心電異常，蜂鳴器(8)響起，通過鍵盤(6)可斷開蜂鳴器與微控制器(3)的連接，若在6～10秒鐘內蜂鳴器(8)與微控制器(3)沒有斷開連接，微控制器將通過GPRS無線報警模塊(7)發送短消息給監護終端。2、根據權利要求1所述的可攜式心電無線監護儀，其特徵在於所述的鍵盤(6)包括有與微控制器(3)的輸入輸出口相連接的S1、S2、S3、S4四個按鍵，按鍵S2的按下可控制微控制器(3)開始採集心電信號，按鍵S3可根據液晶顯示模塊(4)所顯示的心電信號波形來調整其幅值，按鍵S4按下使微控制器(3)每隔25秒鐘對心電信號進行一次ECG檢波，蜂鳴器響起時，按鍵S1的按下可斷開蜂鳴器與微控制器(3)的連接。3、根據權利要求1所述的可攜式心電無線監護儀，其特徵在於所述的微控制器(3)為16位單片機MSP430。專利摘要本實用新型是可攜式心電無線監護儀，屬於電子醫療儀器研製開發
技術領域：
。主要包括有心電採集模塊(1)、放大濾波處理模塊(2)、微控制器(3)、鍵盤(6)和GPRS無線模塊(7)，放大濾波處理模塊(2)將心電採集模塊(1)採集到的心電信號放大、濾波後送入微控制器(3)，鍵盤(6)控制微控制器(3)開始採集心電信號，每隔2～5秒鐘對心電信號進行一次ECG檢波分析，若心電異常，蜂鳴器(8)響起，若在6～10秒鐘內蜂鳴器(8)的報警沒有被接觸，微控制器將通過GPRS無線報警模塊(7)發送短消息給監護終端。本實用新型採用單片機和GPRS無線模塊進行報警，使監護儀具有體積小、功耗低、運行穩定可靠等優勢。文檔編號A61B5/0402GK201033074SQ20072014941公開日2008年3月12日申請日期2007年6月1日優先權日2007年6月1日發明者吳水才,雪楊,白燕萍申請人:北京工業大學