1、基 于 单 片 机 和 FPGA 的 远 程 医 疗 监 控 系 统 摘 要 ： 通 过 各 传 感 器 节 点 准 确 采 集 各 项 体 征 信 号 并 交 于 89c51 单 片 机 进 行 处 理 ， 计 算 出 各 项 体 征 信 息 (包 括 体 温 、 血 压 、 脉 搏 、 心 率 )， 组 成 体 征 采 集 子 模 块 ， 完 成 各 项 体 征 信 息 采 集 ， 并 上 传 到 GPRS/GSM 无 线 模 块 。 GPRS/GSM 无 线 模 块 将 接 收 到 体 征 信 息 ， 并 准 确 地 送 往 上 位 监 控 机 。 基 于 FPGA 的 上 位 监 控
2、机 接 收 到 下 位 机 信 息 ， 并 进 行 分 析 处 理 及 控 制 。 关 键 字 ： 远 程 医 疗 , 监 控 系 统 , 医 疗 监 控 一 、 设 计 目 的 随 着 电 子 信 息 的 飞 速 发 展 ， 近 年 来 ， 远 程 医 疗 监 控 技 术 也 渐 渐 成 为 医 疗 界 的 一 个 热 点 。 重 要 生 命 参 数 的 远 程 监 控 给 年 老 体 弱 者 带 来 了 方 便 ， 也 给 现 代 医 疗 界 的 发 展 做 出 了 很 大 的 贡 献 。 远 程 医 疗 监 控 系 统 ， 它 是 一 种 集 成 信 息 科 学 、 计 算 机 技 术
3、和 通 信 应 用 技 术 于 医 疗 卫 生 领 域 的 高 科 技 产 业 品 。 系 统 主 要 组 成 部 分 为 ： 基 于 微 控 制 器 和 传 感 器 节 点 组 成 体 征 采 集 模 块 ， 基 于 GPRS/GSM 的 无 线 收 发 模 块 ， 基 于 FPGA 的 上 位 机 监 控 模 块 。 体 征 采 集 模 块 利 用 各 类 专 用 传 感 器 采 集 人 体 体 征 ， 并 由 微 控 制 器 进 行 处 理 打 包 ， 经 由 GPRS/GSM 通 信 网 络 上 传 至 上 位 机 监 控 中 心 ， 远 程 医 生 /监 护 人 可 定 时 / 实
4、时 监 控 病 患 。 该 系 统 测 量 准 确 ， 实 用 创 新 性 强 ， 性 价 比 高 ， 具 有 很 好 的 推 广 价 值 。 来 源 :大 比 特 半 导 体 器 件 网 二 、 设 计 要 求 设 计 一 个 远 程 医 疗 监 控 系 统 。 要 求 ： 1.通 过 各 传 感 器 节 点 准 确 采 集 各 项 体 征 信 号 并 交 于 89c51 单 片 机 进 行 处 理 ， 计 算 出 各 项 体 征 信 息 (包 括 体 温 、 血 压 、 脉 搏 、 心 率 )， 组 成 体 征 采 集 子 模 块 ， 完 成 各 项 体 征 信 息 采 集 ， 并 上 传
5、 到 GPRS/GSM 无 线 模 块 。 2.GPRS/GSM 无 线 模 块 将 接 收 到 体 征 信 息 ， 并 准 确 地 送 往 上 位 监 控 机 。 3.基 于 FPGA 的 上 位 监 控 机 接 收 到 下 位 机 信 息 ， 并 进 行 分 析 处 理 及 控 制 。 三 、 设 计 器 材 1.各 类 体 征 传 感 器 (ASDX100 压 力 传 感 器 、 HK-2000B 脉 搏 传 感 器 、 DS18B20 温 度 传 感 器 ); 来 源 :大 比 特 半 导 体 器 件 网 2.微 控 制 器 、 GPRS/GSM 模 块 、 FPGA 开 发 箱 ;
6、3.镊 子 、 钳 子 、 电 阻 电 容 电 位 器 导 线 等 若 干 、 焊 锡 若 干 。 四 、 设 计 原 理 及 设 计 方 案 1. 设 计 原 理 远 程 监 控 系 统 可 以 定 义 为 通 过 无 线 通 信 技 术 将 远 端 的 体 征 生 理 信 息 和 医 学 信 号 传 送 到 上 位 机 监 控 中 心 进 行 分 析 并 给 出 诊 断 意 见 的 一 种 技 术 手 段 。 (1) 医 疗 监 测 原 理 重 要 生 命 参 数 的 远 程 监 护 是 年 老 体 弱 者 口 常 监 护 的 一 个 重 要 内 容 ， 检 测 的 生 理 信 息 主 要
7、 包 括 ： 体 温 、 脉 搏 、 血 压 、 心 率 、 心 电 图 、 呼 吸 、 血 气 (氧 分 压 和 二 氧 化 碳 分 压 )、 血 氧 饱 和 度 、 血 糖 等 。 这 类 生 理 参 数 在 远 程 监 控 系 统 中 一 般 要 求 无 创 或 微 创 检 测 。 本 文 以 温 度 、 脉 搏 、 血 压 及 心 率 信 号 为 采 集 对 象 ， 选 择 了 简 单 方 便 的 传 感 器 和 无 创 测 量 的 方 法 。 来 源 :大 比 特 半 导 体 器 件 网 (2)无 线 通 信 技 术 随 着 信 息 技 术 的 不 断 发 展 和 社 会 需 求 的
8、 口 益 增 长 ， 无 线 通 信 已 经 进 入 规 模 化 发 展 的 阶 段 ， 快 速 发 展 的 无 线 通 信 已 成 为 信 息 产 业 中 最 为 耀 眼 的 “亮 点 ”， 为 各 种 潜 在 的 工 程 技 术 提 供 了 新 的 方 法 和 手 段 ， 并 成 为 推 动 社 会 发 展 的 强 劲 动 力 。 无 线 通 信 以 其 不 需 辐 设 明 线 、 使 用 便 捷 等 特 点 ， 展 示 出 广 阔 的 市 场 前 景 。 无 线 通 信 技 术 正 以 较 快 的 速 度 进 入 许 多 产 品 ， 它 与 有 线 相 比 主 要 具 有 成 本 低 、
9、 携 带 方 便 和 省 去 布 线 的 烦 恼 等 优 点 ， 特 别 适 用 于 遥 控 、 遥 测 、 无 线 抄 表 、 门 禁 系 统 、 小 区 传 呼 、 工 业 数 据 采 集 系 统 、 无 线 标 签 、 身 份 识 别 、 非 接 触 RF 智 能 片 、 小 型 无 线 数 据 终 端 、 安 全 防 火 系 统 、 无 线 遥 控 系 统 、 生 物 信 号 采 集 、 水 文 气 象 监 控 、 机 器 控 制 、 信 息 家 电 、 无 线 232、 无 线 422/485 数 据 通 信 等 领 域 。 利 用 GPRS/GSM 技 术 进 行 无 线 通 信
10、， 使 传 统 的 串 口 通 讯 扩 展 为 GPRS/GSM 无 线 网 络 通 讯 ， 可 以 实 时 的 把 采 集 到 的 数 据 发 送 到 上 位 机 ， 实 现 数 据 的 及 时 交 换 及 串 口 设 备 的 快 速 无 线 联 网 。 来 源 :大 比 特 半 导 体 器 件 网 2.设 计 方 案 (1) 医 院 监 控 网 络 体 系 方 案 医 院 监 护 系 统 由 有 线 网 络 (局 域 网 )和 无 线 网 络 两 部 分 组 成 ， 如 图 4.1 所 示 。 患 者 身 上 佩 戴 的 采 集 终 端 ， 将 采 集 到 的 生 理 信 息 数 据 (体
11、 温 、 脉 搏 、 血 压 、 心 率 )发 送 到 AP (Access Point )。 AP 通 过 医 院 的 局 域 网 ， 将 数 据 转 发 到 上 位 监 控 机 上 ， 由 上 位 监 控 机 对 数 据 进 行 分 析 和 处 理 。 AP 上 电 后 立 即 尝 试 连 接 局 域 网 上 的 服 务 器 ， 服 务 器 的 IP 和 端 口 号 以 及 AP 的 网 络 配 置 都 写 在 配 置 文 件 中 ， 用 户 可 以 手 动 修 改 ， 连 接 成 功 后 进 入 就 绪 状 态 。 来 源 :大 比 特 半 导 体 器 件 网 如 果 有 携 带 移 动
12、 监 护 设 备 的 患 者 进 入 AP 的 覆 盖 区 域 移 动 监 护 设 备 将 会 查 询 到 AP 并 与 之 建 立 ACL 链 路 ， AP 接 受 连 接 将 会 进 行 主 从 切 换 ， 保 证 AP 作 为 传 感 器 网 络 的 主 单 元 可 以 继 续 被 其 他 移 动 监 护 设 备 发 现 和 建 链 。 之 后 移 动 监 护 设 备 和 AP 之 间 进 行 SDP ， L2CAP， RFCOMM 连 接 。 AP 向 服 务 器 报 告 有 移 动 监 护 设 备 进 入 该 区 域 ， 此 后 AP 将 透 明 地 转 发 AP 和 移 动 监 护
13、 设 备 之 间 的 双 向 数 据 。 主 机 可 以 通 过 AP 和 移 动 监 护 设 备 的 串 口 替 代 功 能 完 成 控 制 、 数 据 采 集 的 功 能 。 当 患 者 离 开 此 AP 的 覆 盖 范 围 后 ， 链 路 中 断 ， AP 向 服 务 器 报 告 移 动 监 护 设 备 离 开 该 区 域 ， 同 时 患 者 携 带 的 移 动 监 护 设 备 开 始 搜 索 新 的 AP。 医 护 人 员 根 据 移 动 监 护 设 备 与 哪 一 个 AP 相 连 可 以 获 知 患 者 在 整 个 病 区 内 的 活 动 情 况 。 其 设 计 结 构 如 图 1
14、 所 示 。 图 1 医 院 无 线 监 控 系 统 结 构 (2) 家 庭 监 护 网 络 体 系 方 案 远 程 家 庭 监 控 网 络 体 系 结 构 如 图 2 所 示 。 图 2 家 庭 无 线 监 控 系 统 结 构 无 线 系 统 主 要 由 各 个 传 感 器 节 点 (脉 搏 、 体 温 、 血 压 、 心 率 等 传 感 器 节 点 )、 若 干 个 具 有 路 由 功 能 的 无 线 节 点 和 中 心 网 络 协 调 器 (监 护 基 站 设 备 )组 成 。 监 护 基 站 设 备 连 接 无 线 网 络 与 以 太 网 ， 是 家 庭 无 线 网 络 的 核 心 部
15、 分 ， 负 责 传 感 器 网 络 节 点 和 设 备 节 点 的 管 理 。 各 项 体 征 数 据 经 过 家 庭 网 关 传 输 到 远 程 监 护 服 务 器 。 远 程 监 护 服 务 器 负 责 脉 搏 生 理 数 据 的 实 时 采 集 、 显 示 和 保 存 。 医 院 监 护 中 心 和 医 生 可 以 登 录 监 护 服 务 器 查 看 被 监 护 者 的 生 理 信 息 ， 也 可 以 远 程 控 制 家 庭 无 线 网 络 中 的 传 感 器 和 设 备 ， 从 而 在 被 监 护 病 人 出 现 异 常 时 ， 能 及 时 检 测 到 并 采 取 抢 救 措 施 。
16、 被 监 护 者 的 亲 属 等 也 可 以 登 录 监 护 服 务 器 随 时 了 解 被 监 护 者 的 健 康 状 况 。 来 源 :大 比 特 半 导 体 器 件 网 五 、 设 计 流 程 1.传 感 器 单 元 的 设 计 传 感 器 节 点 主 要 功 能 为 采 集 人 体 体 征 信 息 (包 括 体 温 、 脉 搏 、 血 压 、 心 率 )， 其 节 点 主 要 包 括 5 部 分 ： 中 央 处 理 器 模 块 (51 单 片 机 )、 无 线 数 据 通 信 模 块 (GPRS/GSM)、 传 感 器 、 A/D 转 换 及 相 关 调 理 电 路 、 电 源 模 块
17、 。 节 点 框 图 和 处 理 器 单 元 如 图 3 所 示 。 图 3 监 控 传 感 器 节 点 结 构 2 .GPRS/GSM 模 块 的 设 计 介 绍 了 一 种 通 过 GPRS/GSM 短 消 息 的 收 发 实 现 对 工 程 上 数 据 采 集 系 统 的 远 程 监 控 ， 其 能 够 完 成 对 工 程 上 数 据 采 集 系 统 的 运 行 状 况 监 测 及 采 集 数 据 的 传 输 。 同 时 也 能 够 通 过 短 消 息 控 制 数 据 采 集 系 统 完 成 指 定 的 操 作 。 系 统 自 带 有 存 储 器 ， 能 够 按 接 收 到 的 指 令 对 设 备 进 行 配 置 ， 并 将 其 存 储 到 设 备 自 带 的 存 储 器 中 。 同 时 系 统 配 备 了 看 门 狗 ， 能 够 使 系 统 在 异 常 状 态 下 重 启 系 统 ， 使 系 统 做 到 永 不 死 机 。 由 于 该 系 统 采 用 了 GSM 短 消 息 作 为 通 信 载 体 ， 使 其 克 服 了 普 通 电 话 监 控 的 人 机 界 面 不 友 好 ， 话 费 高 ， 且 控 制 功 能 少 等 缺 点 。
