基于ARM9的遠(yuǎn)程多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀的設(shè)計(jì)

劉露 艾信友 曾研 范兵兵

摘? 要：本設(shè)計(jì)為一種基于STM32和Android的多參數(shù)生理信號(hào)采集、處理、藍(lán)牙傳輸、存儲(chǔ)和顯示裝置，與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)無線通信，對(duì)多種生理參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

關(guān)鍵詞：STM32;Android;多生理信號(hào)采集;便攜設(shè)備

中圖分類號(hào)：R197.39? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）14-0084-02

Abstract： This design is a multi-parameter physiological signal acquisition， processing， Bluetooth transmission， storage and display device based on STM32 and Android， which realizes wireless communication with the host computer and monitors a variety of physiological parameters in real time.

Keywords： STM32; Android; multi-parameter physiological signal acquisition; portable equipment

引言

目前市場(chǎng)上的監(jiān)護(hù)儀種類繁多，以邁瑞公司的MEC1000 系列為例，機(jī)型一體化便攜式4通道參數(shù)顯示，但是體積318*154*264mm，重量高達(dá)6.4kg。當(dāng)前多參數(shù)生理信號(hào)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)具有性能差、體積大、功耗大等缺點(diǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足便攜式的要求。現(xiàn)代醫(yī)療設(shè)備朝可穿戴方向發(fā)展，便攜、低耗能、多功能是大勢(shì)所趨，具有良好的發(fā)展前景。

1 系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)采用STM32F103C8T6作為下位機(jī)主控，前端采用多種生理傳感器和集成化模擬器件組成;完成多參數(shù)生理信號(hào)采集、處理、藍(lán)牙傳輸、存儲(chǔ)和顯示裝置。上位機(jī)通過藍(lán)牙連接，采用ExynosCortex-A9主控芯片，以Android為系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種信號(hào)波形的顯示、計(jì)算、存儲(chǔ)、建立大數(shù)據(jù)庫(kù)和分享數(shù)據(jù)等。具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的硬件由系統(tǒng)供電、心電測(cè)量、呼吸測(cè)量、脈搏測(cè)量、體溫測(cè)量、血氧測(cè)量、藍(lán)牙傳輸電路組成。主要硬件電路設(shè)計(jì)如下：

2.1 心電測(cè)量電路

模擬前端采用的是AD公司的AD8232系列產(chǎn)品。AD8232 是一款用于ECG及其他生物電測(cè)量應(yīng)用的集成信號(hào)調(diào)理模塊。該器件設(shè)計(jì)用于在具有運(yùn)動(dòng)或遠(yuǎn)程電極放置產(chǎn)生的噪聲的情況下提取、放大及過濾微弱的生物電信號(hào)。該設(shè)計(jì)使得超低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器或嵌入式微控制器能夠輕松地采集輸入信號(hào)。

2.2 脈搏測(cè)量電路

采用光電容積法測(cè)量，其基本原理是利用人體血液在血管搏動(dòng)時(shí)造成透光率不同來進(jìn)行脈搏測(cè)量的。脈搏隨著心臟的搏動(dòng)而周期性變化的信號(hào)，動(dòng)脈血管容積也是周期性變化，因此光電變換器的電信號(hào)變化周期就是脈搏率。

2.3 呼吸測(cè)量電路

采用高精度熱敏電阻，根據(jù)人體呼吸鼻腔溫度變化來進(jìn)行呼吸頻率的測(cè)量。其測(cè)試方法具有功耗低、靈活方便等優(yōu)點(diǎn)。

2.4 藍(lán)牙傳輸電路

藍(lán)牙模塊選擇XM-15B藍(lán)牙串口模塊，實(shí)現(xiàn)無線傳輸數(shù)據(jù)。

3 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用STM32F103C8T6作為下位機(jī)主控，完成多種生理參數(shù)采集、處理、藍(lán)牙傳輸、存儲(chǔ)和顯示裝置。（以藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸為例流程圖見圖2）

3.1 心電、脈搏、呼吸采集

通過STM32F103內(nèi)置的12-BitADC對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，將其映射到內(nèi)置的DMA功能模塊，無外部觸發(fā)信號(hào)，連續(xù)轉(zhuǎn)換，大大減少了占用CPU的時(shí)間。設(shè)置定時(shí)器設(shè)置時(shí)長(zhǎng)為2ms，觸發(fā)一次定時(shí)器中斷，即采樣頻率為500Hz，對(duì)其進(jìn)行多通道連續(xù)掃描，掃描值存入對(duì)應(yīng)緩沖區(qū)進(jìn)行濾波、計(jì)算、顯示等。

3.2 血氧、體溫算法

血氧和體溫都通過IIC通信協(xié)議與單片機(jī)進(jìn)行通信。MX3010XSpO2測(cè)量采用兩種不同的波長(zhǎng)LED來識(shí)別氧合血紅蛋白與脫氧血紅蛋白和紅外發(fā)光二極管用于確定分離PPG信號(hào)，軟件部分采用IIC協(xié)議與MAX30102芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

4 界面顯示

在波形顯示界面首先進(jìn)行程序初始化，設(shè)置各控件的響應(yīng)函數(shù)，對(duì)相關(guān)控件進(jìn)行監(jiān)聽。然后獲取連接藍(lán)牙傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流，開啟實(shí)時(shí)波形畫圖線程和生理參數(shù)顯示更新線程，在實(shí)時(shí)波形畫圖線程中，主要完成獲得藍(lán)牙接收數(shù)據(jù)，判斷是否為波形數(shù)據(jù)，然后將波形數(shù)據(jù)在SurfaceView上畫出來，實(shí)時(shí)波形顯示圖如圖3所示。

5 系統(tǒng)功能測(cè)試

分別用信號(hào)發(fā)生器以及人體對(duì)本裝置進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1、表2、表3所示：

6 結(jié)束語

該遠(yuǎn)程多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀能對(duì)多種生理參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和存儲(chǔ)，硬件電路簡(jiǎn)單、耗電量低、各項(xiàng)性能穩(wěn)定，具有較高應(yīng)用價(jià)值。

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