基于GSM通訊的社區(qū)醫(yī)療監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

摘 要：隨著社會老齡化的到來，社區(qū)醫(yī)療監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)越來越引起研究者的關(guān)注。本研究以心率為監(jiān)測指標(biāo)，以STC89C51與HKX-08A共同構(gòu)成心率的采樣與計(jì)算的核心部分，同時在無線TC35模塊、5110顯示模塊等功能部件的協(xié)同下，完成心率的顯示、上傳等功能。并以社區(qū)為服務(wù)器基站，實(shí)現(xiàn)被監(jiān)測者的身體狀況的實(shí)時監(jiān)測，以有效應(yīng)對被監(jiān)護(hù)者的身體發(fā)生異樣的情況下的及時救助。本文闡述了基于GSM通訊的社區(qū)醫(yī)療監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研究與開發(fā)的全過程。

關(guān)鍵詞：GSM通訊；醫(yī)療監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)；心率；STC89C51；HKX-08A；TC35

中圖分類號：TP368.1；TN925

本醫(yī)療監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)能夠讓攜帶被測終端隨時隨地就能夠完成測試，數(shù)據(jù)通過GSM網(wǎng)絡(luò)傳送給社區(qū)醫(yī)療基站供醫(yī)護(hù)人員分析，且在當(dāng)某個終端有危險告警時，監(jiān)護(hù)人員可以通過移動電話網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，定位終端機(jī)的位置，由此找到老人，便于施救，從而大大減少了人力、物力。本設(shè)計(jì)使用STC89C51單片機(jī)為主控芯片，TC35為數(shù)據(jù)傳輸模塊，HKX-08A心率傳感器為心電采集模塊來完成被測者心率數(shù)據(jù)的實(shí)時采集、傳輸和接受。STC89C51單片機(jī)中的軟件設(shè)計(jì)部分是利用C語言為開發(fā)語言，配合KEIL的開發(fā)環(huán)境完成的。PC終端的軟件設(shè)計(jì)部分是利用C++/MFC為工具開發(fā)的。

1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件主要由心電信號采集模塊、心率計(jì)算模塊、心率無線發(fā)射和接受模塊這三個模塊構(gòu)成。

系統(tǒng)的工作原理為：首先通過心電傳感器捕獲人體的心電信號，經(jīng)信號調(diào)理電路，A/D轉(zhuǎn)換、比較電路最后輸出同步于心臟的數(shù)字脈沖信號。然后脈沖信號由單片機(jī)捕獲，內(nèi)部計(jì)算得出實(shí)時心率。最后將實(shí)時心率值通過GSM無線通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到社區(qū)醫(yī)療監(jiān)控中心的基站。具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 心率傳感器的選擇。研究過程中，研究小組采用了多種心率傳感器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)性測試，最后確定采用HKX-08A心率傳感器。HKX-08A心率傳感器適合本研究的理由有三，第一，該傳感器采用人體體表生物電檢測心臟搏動產(chǎn)生心電信號；第二，該傳感器能夠有效地解決在動態(tài)情況下檢測心率有效性和準(zhǔn)確性的問題。非常適合在動態(tài)下對老人心率的監(jiān)測；第三，該傳感器通過A/D、數(shù)字信號處理、比較電路后所輸出的信號值能同步于心臟搏動的脈沖信號。

1.2 GSM模塊選擇。本研究中的GSM模塊選擇的是西門子公司生產(chǎn)的TC35模塊。TC35除了在無線收發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口以及SIM卡的配置上符合本設(shè)計(jì)要求，更重要的是該模塊可以在PC機(jī)上用AT命令通過串口對它進(jìn)行設(shè)置。單片機(jī)可以通過正確的AT指令對TC35模塊進(jìn)行控制和消息的接收與發(fā)送。本設(shè)計(jì)采用方便簡單的Text模式針對心率的數(shù)值以阿拉伯?dāng)?shù)字的短信形式進(jìn)行收發(fā)。

1.3 系統(tǒng)的硬件開發(fā)。由于STC89C51單片機(jī)具有高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾等優(yōu)勢，同時具有指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051的特點(diǎn)。因此，本研究選以單片機(jī)STC89C51為控制的核心部件。并與心率傳感器（HKX-08A）等構(gòu)成心率實(shí)時監(jiān)測與計(jì)算部分。同時選用5110液晶顯示器，一并構(gòu)成實(shí)時心率的顯示的人機(jī)交互界面。繼而再與SGM TC35模塊在電源模塊的支持下，協(xié)同完成實(shí)時心率的采樣、接收、處理、顯示與發(fā)送。系統(tǒng)的硬件部分的原理圖如圖2a、b所示：

a 接收端

b 發(fā)射端

圖2 系統(tǒng)原理圖

2 系統(tǒng)的軟件與界面設(shè)計(jì)

2.1 軟件的設(shè)計(jì)與開發(fā)。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括MCU部分和PC部分

MCU部分的程序全部用C語言編寫，使用IDE開發(fā)環(huán)境為KEIL。MCU部分程序總體設(shè)計(jì)主要有Main主程序（包括個硬件初始化程序）、心率計(jì)算子程序、無線發(fā)射TC35子程序、5110液晶顯示子程序等構(gòu)成。模塊化獨(dú)立功能的設(shè)計(jì)，便于測試與調(diào)用。MCU軟件設(shè)計(jì)程序流程如圖3所示。PC部分的程序采用C++語言編寫，利用MFC以及微軟提供的VC6.0。

圖3 MCU軟件設(shè)計(jì)程序流程圖

2.2 界面的設(shè)計(jì)與開發(fā)。考慮到本次設(shè)計(jì)只需接受數(shù)據(jù)，并且對數(shù)據(jù)進(jìn)行一些簡單的處理。所以，軟件的界面設(shè)計(jì)成為對話框的形式。心率折線圖也是以對話框的形式呈現(xiàn)的，即簡單又方便用戶觀看。其效果圖如圖4所示。

為了讓醫(yī)護(hù)人員方便研究用戶的心率變化趨勢，本次設(shè)計(jì)加入了心率折線圖的功能。即根據(jù)傳來的心率值可以實(shí)時的畫出心率折線圖。這樣病人的心率變化效果可以一目了然，效果圖如下：

圖4 PC軟件效果圖

3 結(jié)束語

隨著社會老齡化的到來，社區(qū)醫(yī)療監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)越來越引起研究者的關(guān)注。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了以心率為監(jiān)測指標(biāo)，對被監(jiān)護(hù)者的心率進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測的目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)通過GSM實(shí)現(xiàn)了被監(jiān)測者的實(shí)時心率上傳至社區(qū)服務(wù)器，為醫(yī)護(hù)人員有效監(jiān)控提供了信息。同時醫(yī)護(hù)人員根據(jù)短信提示，可以掌握被監(jiān)測者的位置。為及時救助提供了幫助。

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作者簡介：岳小康，謝益，丁磊，郝巖峰，教育技術(shù)學(xué)專業(yè)本科在讀；通訊作者：齊芳（1965.12-），女，天津人，碩士，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：體育信息管理與應(yīng)用及體育教育技術(shù)學(xué)。

作者單位：天津體育學(xué)院，天津 300381

基金項(xiàng)目：大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：201310071242）