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基于物联网的心电检测系统的设计

日期:2018-11-11 21:46|来源:未知
摘要 :本文运用物联网技术,设计了一套远程心电检测系统,系统能够采集到医院病人的心电图,然后通过物联网技术 把采集到的心电图发送到护士和医生终端上。心电图的采集使用的是 AD8232 模块,可以用于心电图采集 , 数据的传递 是采用 Zigbee 通信协议 , 护士和医生用终端设备方便快捷的进行诊断,从而提高了医疗诊断的效率。

关键词 :物联网 ;心电图 ;ZigBee ;AD8232 ;CC2530

1 Zigbee 技术简介 Zigbee 是一种比较稳定技术。可以在近距离上实现双 向无线通讯技术,它复杂度低,功耗低,速度慢,成本低等特 点。它应用于短距离不同电子设备之间。Zigbee 一般在 2.4 GHz,868MHz 以及 915MHz3 个频段上使用。它们的传输速率 分别是 250kbit/s,20kbit/s 以及 40kbit/s。而且 ZigBee 是一种手拉手的多跳的通讯协议,所以它的传输距离可以一 直增加。ZigBee 的功耗十分的低。其通信延迟也很短,搜索 设备的延迟为 30 毫秒,睡眠激活的延迟为 15 毫秒。有源器件 的访问延迟为 15ms,所以 ZigBee 技术一般用于一些无线采 集和控制地方。ZigBee 有非常大的网络通讯容量。ZigBee 的可靠性和安全性也非常高,它采用了防撞策略,同时也为 所需的固定带宽服务留下了空白。ZigBee 为了确保数据的 正确性,所以它采用利用基于循环冗余校验(CRC)。
2 系统设计
2.1 系统结构 该设计主要由 AD8232 心电采集传 感 器 模 块,CC2530 ZigBee 模 块 和 护 士终端设备组成。其系统结构如图 1 所 示,每个病房都有一个心电图采集端, 心电图采集端和 ZigBee 节点连接,在 楼道里每隔一段距离有一些 ZigBee 节 点。心电图采集端把采集到的心电图数 据传给 CC2530 ZigBee 节点,然后通过 ZigBee 其他节点多跳或直接把数据发 送给 ZigBee 终端,ZigBee 终端再使用串口把数据传给护士 终端。护士可以看到护士站每个病房的情况。 2.2 心电图信号采集 心电信号很微弱但是可以从人体直接采集。在人的身体 表面相对应的位置粘贴电极片,然后通过导线收到心电信号。 在医学中常见的有十二个导联和四肢导联,本文采用的是肢 体导联,它需要三个电极,通过不同的位置测得三个不同的电 势差,导联 I 是左右手臂之间的电势差,导联Ⅱ是由手臂和腿 部之间测得的电势差,导联 III 是左臂和腿之间的潜在差异。 并且通过公式(1)(2)(3)可以得到导联之间的电势差关系。

2.3 心电图采集电路设计 AD8232 是一款用于 ECG 以生物电信号的模块,它使用 了双极点高通滤波器,是为了用来消 除运动伪影和电极半电池电位。可 用于驱动应用,如右腿驱动(RLD)。 AD8232 还拥有快速还原的功能,这样 可以可减少高通滤波器的使用时间。 通过两跨导放大器,一个直流阻 塞放大器以及一个由 C1 和运算放大 器组成的积分器组成一个仪表放大 器。在跨导放大器 GM2 的输入端可以 出现相等大小的电压时,就说明达反 馈要求,从而能够匹配 GM1 产生的电 流。该电流由电容器 C1 积分,并且所 得的结果会出现输出端。 如图 2 所示的电路为本方案的心 电图采集电路。AD8232具有三极接口, 带有高通滤波器,双极点低通滤波器, 截止频率为 37Hz。 2.4 ZigBee 外围电路设计 心电图的采集以及各个节点都采用基于 CC2530 的ZigBee 模块。CC2530 芯片的内核是 51 内核。它还包含一个 调试接口,用来内电路的调试,使用这个调试接口,可以擦出 FLASH,停止和执行用户程序,以及控制和使能振荡器,还可 以用来执行 8051 的各种指令,设置断点以,而且还可以用来 代码的单步调试。它还有五个计时器。定时器 2 是 MAC 定时 器。还有一个睡眠定时器,用来低功耗使用的。CC2530 还拥 有 2 个 12 位的分辨率的 ADC,支持 30kHz 或者 4kHz 的带宽。 模块的电路图如图 3 所示。
3 系统软件设计 本文主要是对心电图采集端流程 图和护士端流程图进行介绍。心电图 流程图如图 4 所示。 ZigBee 模块首先初始化时钟,然 后由于 AD8232 的位模拟输出而初始 化外设 ADC。然后 CC2530 采集 AD8232 采集到的数据,最后通过其他节点多 跳或者直接单跳发送到护士终端。 数据接收端采用的也是 CC2530 ZigBee 模块,所以系统首先进行时钟 初始化,然后就可以等待接收数据,接 收到的数据后进行绘制心电图。 护 士就可以根据心电图对病人做出快速 的反应了。
4 系统调试 如表 1 所示,表内是模拟测试的 10 次测试结果,通过表 中数据可以看出,病人的心率是否正常。表中第一个行为测 试的序列号,第二个行为心率,单位是秒 / 分钟,第三个行为 状态。 如表所示,第 1,2,3,4,5,7,8,10 测试次为人 体平静状态下检测的数剧, 都符合标准,第 6,7,9 测试次 为人体刚运动后检测得到的数据, 比正常的心率要高,并且 状态都为异常。

5 总结
本系统是将心电图数据通过 ZigBee 无线网络将数据传 送到护士站,使用本套系统,可以很大程度上降低成本。这样 不仅减少了护士的工作量,而且还可以最大程度上的保障了 病人的生命安全,作为物联网技术,ZigBee 技术项目后期还 将楼宇智能和家庭系统控制方面进行应用实施。

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