遠(yuǎn)程無線心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

1、電子 ·電路2012年第 25卷第 12期 Electronic Sci. Tech. /Dec.15, 2012 www. dianzikeji. org收稿日期 :2012-07-24作者簡(jiǎn)介 :施 敏 敏 (1982 , 女 , 碩 士 , 講 師 。 研 究 方 向 :電子與通信 。遠(yuǎn)程無線心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)施敏敏 1, 何學(xué)紅2(1. 鹽城工學(xué)院 實(shí)驗(yàn)教學(xué)部 , 江蘇 鹽城 224000; 2. 江蘇林洋電子股份有限公司 計(jì)劃部 , 江蘇 啟東 226200 摘要心血管疾病具有突發(fā)性和高危險(xiǎn)性 , 為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)病情 , 需要對(duì)患者進(jìn)行有效監(jiān)護(hù) 。 文中設(shè)計(jì)了一套遠(yuǎn)程心電

2、監(jiān)護(hù)系統(tǒng)軟件 , 通過對(duì) MC9S12XS128單片機(jī)底層程序的設(shè)計(jì) , 完成了對(duì)心電信號(hào)數(shù)據(jù)的采集和 GPRS 模塊的 AT 指令控制 , 由此實(shí)現(xiàn)心電信號(hào)數(shù)據(jù)的無線傳輸 。 操作簡(jiǎn)單 、 界面友好的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)部分采用了 LabVIEW 圖形化編程 環(huán)境 , 對(duì)采集到的心電信號(hào)進(jìn)行分析 、 處理 、 顯示以及存儲(chǔ) , 操作者可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)被測(cè)者的心電情況 , 便于及時(shí)做出 診斷 , 及早治療 , 同時(shí)設(shè)置了自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng) 。關(guān)鍵詞心電監(jiān)護(hù) ; 無線傳輸 ; 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中圖分類號(hào)R540. 41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 10077820(2012 1210004Software Design for th

3、eWireless Remote ECG Monitoring SystemSHI Minmin 1, HE Xuehong 2(1. Department of Experiments and Teaching , Yancheng Institute of Technology , Yancheng 224000, China ;2. Department of Planning , Jiangsu Linyang Electronics Co. Ltd. , Qidong 226200, China AbstractHeart diseases often happen suddenly

4、 and are with high fatalityIn order to detect the illness intime , one needs to conduct effective monitoring on the patients suffered from heart diseasesThe software design of remote wireless electrocardiogram (ECG monitoring system is presented in this paperThe bottom program of MC9S12XS128is used

5、to collect the ECG data and control the AT injunction to the GPRS module , thus realizing the wireless transmission of ECG dataThe system software is programmed by LabVIEW which has graphic programming environment , including the analysis , disposal , display and storage of the ECG dataThe operator

6、can measure the ECG quality of the patient real time for early diagnosis and treatmentAn auto-alarm system is also designedKeywordsECG monitoring ; wireless transmission ; real-time monitoring隨著人們生活和工作節(jié)奏的不斷加快 , 心血管疾 病已逐漸成為威脅人類生命安全的主要疾病 , 發(fā)病率 明顯上升 , 并呈低齡化趨勢(shì)發(fā)展 。 通過心電信號(hào)發(fā)現(xiàn)并及時(shí)診治心血管疾病 , 是降低發(fā)病率和死亡率的有 效途徑 。

7、利用當(dāng)前日趨成熟的電子 、 通信和計(jì)算機(jī)技術(shù) , 設(shè)計(jì)開發(fā)一套操作簡(jiǎn)單 、 攜帶方便 、 價(jià)格適宜的遠(yuǎn)程心電 監(jiān)護(hù)系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用價(jià)值 。 患者可以隨時(shí)隨地對(duì) 自己的心臟狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)護(hù) , 減輕了奔波勞累和經(jīng)濟(jì)開 支 、 節(jié)省了時(shí)間和社會(huì)醫(yī)療資源 ; 患者在熟悉的環(huán)境中 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) , 提高了心電信號(hào)的準(zhǔn)確性 , 從而為病情的發(fā) 現(xiàn)和診治贏得了時(shí)間 ; 對(duì)于行動(dòng)不便或自理能力較差 的用戶實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù) , 遇到病情突變時(shí)能夠迅速報(bào)警 , 為患者提供及時(shí)的救助1。1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)選擇以 GPRS 通信技術(shù)為平臺(tái) 2, 設(shè)計(jì)了一套基 于飛思卡爾 DSC 的遠(yuǎn)程心電信號(hào)監(jiān)護(hù)系統(tǒng) 。 該系統(tǒng)主要包括心電采集

8、 、 數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù) 3部分 。 整 體框架如圖 1所示。圖 1系統(tǒng)整體框架心電信號(hào)采集模塊負(fù)責(zé)對(duì)患者的心電信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng) 時(shí)間實(shí)時(shí)采集 , 同時(shí)輔以心電信號(hào)調(diào)理電路 , 對(duì)采集到 的微弱心電信號(hào)進(jìn)行放大 、 濾波 , 然后由微控制器控制 遠(yuǎn)程通信模塊 , 將心電信號(hào)數(shù)據(jù)發(fā)送到醫(yī)院中心監(jiān)測(cè) 站的遠(yuǎn)程服務(wù)器 , 醫(yī)護(hù)工作人員操作遠(yuǎn)程服務(wù)器上的 心電信號(hào)監(jiān)護(hù)軟件 , 對(duì)接收到的心電信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理和分析 , 給出診斷意見 , 為患者的治療提供 實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程指導(dǎo) ; 對(duì)一些突發(fā)病情 , 可以贏得寶貴的搶 救時(shí)間3。01施敏敏 , 等 :遠(yuǎn)程無線心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ·www. di

9、anzikeji. org2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與成果系統(tǒng)的硬件部分包括心電信號(hào)采集模塊和遠(yuǎn)程通 信模塊兩部分 。 心電信號(hào)采集模塊主要包括電極 、 心 電導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng) 、前置放大電路及右腿驅(qū)動(dòng) 、 高低通濾波電 路 、 50Hz 陷波電路 、 后置放大及電平抬升電路等部 分 。 遠(yuǎn) 程 通 信 模 塊 主 要 由 MC9S12XS128單 片 機(jī) 、GPRS 模塊 、 SIM 卡電路 、 電源電路組成 4。 設(shè)計(jì)的遠(yuǎn) 程無線心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)樣機(jī) , 在強(qiáng)烈的噪聲中仍能夠采 集到準(zhǔn)確的心電信號(hào) , 盡可能地減小了失真 , 如圖 2所示。圖 2系統(tǒng)樣機(jī)測(cè)試3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)軟件包括兩部分 :監(jiān)

10、護(hù)終端軟件和遠(yuǎn)程服務(wù)器監(jiān)護(hù)軟件 。 監(jiān)護(hù)終端軟件即為單片機(jī) 軟件 , 主要是完成心電信號(hào)數(shù)據(jù)的采集控制 、A /D轉(zhuǎn) 換 、發(fā)送等功能 ; 遠(yuǎn)程服務(wù)器監(jiān)護(hù)軟件則是醫(yī)院監(jiān)測(cè)中 心的計(jì)算機(jī)軟件 , 主要完成心電信號(hào)數(shù)據(jù)的接收 、 顯示 、存儲(chǔ)及報(bào)警等功能 5。 3. 1單片機(jī)程序單片機(jī)不僅要完成系統(tǒng)初始化設(shè)置 , 還要完成單片機(jī)的工作控制 、無線傳輸控制等 。 為便于程序的調(diào) 試 、 連接和修改 , 設(shè)計(jì)時(shí)分成 3個(gè)模塊 :(1 單片機(jī)主程序模塊 :初始化心電信號(hào)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)終端的各個(gè)模塊 , 控制各個(gè)模塊的工作狀態(tài)和工作流程 , 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程心電 監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的總體功能 。 (2 心電信號(hào)采集模塊 :主要

11、完成心電信號(hào)數(shù)據(jù)的采樣工作 。 (3 心電信號(hào)數(shù)據(jù)無 線傳輸模塊 :完成無線傳輸芯片 SIM300模塊的初始化 、傳輸控制等功能 6。 3. 1. 1單片機(jī)主程序模塊單片機(jī)主程序模塊的流程圖如圖 3所示 。系統(tǒng)初始化 :單片機(jī)系統(tǒng)初始化包括鎖相環(huán)的初 始化 、 串口初始化 、A /D初始化等 。 (1 鎖相環(huán)的初始 化 。 (2 串口初始化 。 單片機(jī)有兩個(gè) SCI 模塊 , 可任選 其一 。 SCI 的初始化主要包括波特率設(shè)置 、 通信格式的設(shè)置 、發(fā)送接收數(shù)據(jù)方式的設(shè)置等 。 (3 GPRS 初始 化 。 系統(tǒng)初始化結(jié)束后可以進(jìn)行 GPRS 初始化 ,GPRS 圖 3主程序流程圖初始化是通

12、過 SCI 串口向 SIM300模塊輸入 AT 指令 ,然后根據(jù)串口接收的返回值來完成 , 具體流程如圖 4所示。圖 4GPRS 初始化流程圖其中當(dāng) “ AT r n ” 的返回值為 “ OK ” 時(shí) , 則表示成功啟動(dòng) SIM300模 塊 , 否 則 表 示 啟 動(dòng) 失 敗 ; 當(dāng) “ AT +CGATT ? rn” 的返回值為 “ 1” 時(shí) , 則說明 GPRS 打開成功 , 否則說明打開失敗 ; “ AT +CIPSTART =mode , IP address , port rn” 中 mode 表示通信協(xié)議 , IP address 表示遠(yuǎn)程服務(wù)器 IP 地址 , 同時(shí)要求該地址為公

13、網(wǎng) IP 地址 , port 表示遠(yuǎn)程服務(wù)器開放的端口號(hào) , 該指令 的返回值為 “ CONNECT OK ” 時(shí) , 表示登陸 Internet 成功 ,即 GPRS 的初始化即結(jié)束 。 3. 1. 2心電信號(hào)采集模塊心電信號(hào)數(shù)據(jù)的采集流程如圖 5所示 。 其中 A /D轉(zhuǎn)換之前應(yīng)按照要求對(duì)轉(zhuǎn)換位數(shù) 、 掃描方式 、 采樣時(shí)間 、 時(shí)鐘頻率及標(biāo)志檢查等方式進(jìn)行設(shè)置 , 然后通過控101電子 ·電路施敏敏 , 等 :遠(yuǎn)程無線心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) www. dianzikeji. org制寄存器發(fā)出轉(zhuǎn)換命令 , 即可實(shí)現(xiàn) A /D轉(zhuǎn)換。圖 5心電數(shù)據(jù)采集程序流程圖3. 1. 3心電信

14、號(hào)數(shù)據(jù)無線傳輸模塊心電信號(hào)數(shù)據(jù)的傳輸是 MC9S12XS128單片機(jī)通過 SCI 串口通信控制 SIM300GPRS 模塊來完成 。 通過 SCI 串口向 SIM300模塊輸入 “ AT +CIPATS =MODE , TIME ” , 以此來設(shè)定自動(dòng)發(fā)送的時(shí)間 , 其中 MODE 可以設(shè)置為 0或者 1,0表示不設(shè)定時(shí)器 , 1表示設(shè)定 時(shí)器 ; 定時(shí)的長(zhǎng)度由 TIME 設(shè)置具體的數(shù)值 , 單位 s 。接著輸入指令 “ AT +CIPSEND ” , 等待返回 “ ” 后輸入 要發(fā)送的數(shù)據(jù) , 定時(shí)一到自動(dòng)發(fā)送輸入的數(shù)據(jù) 。 當(dāng)返 回值為 “ SEND OK ” 時(shí) , 表示發(fā)送結(jié)束 。 具

15、體的數(shù)據(jù)傳 輸流程如圖 6所示。圖 6心電信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸流程圖3. 2遠(yuǎn)程服務(wù)器監(jiān)護(hù)軟件設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)軟件選擇 LabVIEW 設(shè)計(jì)完成 。 LabVIEW 是由美國 NI 公司設(shè)計(jì)的圖形化編程軟件 , 專門用于數(shù)據(jù)采集與儀器控制 、 數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)表達(dá) , 已廣泛應(yīng)用 于航空 、 航天 、 通信 、 電力 、 汽車 、 電子半導(dǎo)體 、 生物醫(yī)學(xué) 等領(lǐng)域 。3. 2. 1數(shù)據(jù)顯示模塊心電信號(hào)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的前面板如圖 7所示 , 數(shù)據(jù)顯 示主要包括心電信號(hào)波形顯示 、 檢測(cè)結(jié)果顯示以及報(bào)警顯示。圖 7心電信號(hào)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的前面板心電信號(hào)波形顯示的是從串口接收到的心電信號(hào) 數(shù)據(jù) , 經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的心電曲線 。 醫(yī)

16、院中心監(jiān)測(cè)站的工 作人員隨時(shí)觀察 、 分析患者的心電信號(hào)波形 , 及時(shí)給出 診斷意見 。檢測(cè)結(jié)果顯示的是心電信號(hào)的峰值 、 谷值 、 峰峰 值 、 R R 間 期 、 頻 率 、 心 率 。 設(shè) 計(jì) 時(shí) 選 擇 函 數(shù) 選 板 【 Express 】 【 信號(hào)分析 】 子選板上幅值和電平測(cè)量 、 信 號(hào)的時(shí)間和瞬態(tài)特性參數(shù)兩個(gè)函數(shù)分別測(cè)量心電信號(hào)的峰值 、谷值 、 峰峰值和 R R 間期 、 頻率 。 報(bào)警顯示部分是對(duì)所采集心電信號(hào)的心率判斷 ,然后用布爾指示燈顯示報(bào)警狀態(tài) 。 一般正常人心跳次 數(shù)是 60 100次 /min, 60稱為心動(dòng)過緩 。 成人每分 鐘心率超過 100次 , 稱為心

17、率過速 。 本設(shè)計(jì)中的判斷方 法就是設(shè)定心率上限為 100次 /min, 下限為 60次 /min。 當(dāng)采集的心率低于 60次 /min時(shí) , 點(diǎn)亮心動(dòng)過緩的指示 燈 ; 當(dāng)采集的心率高于 100次 /min時(shí) , 點(diǎn)亮心動(dòng)過速的 指示燈顯示心率異常報(bào)警狀態(tài) , 提示醫(yī)護(hù)工作人員進(jìn)行 適當(dāng)?shù)奶幚?。3. 2. 2數(shù)據(jù)保存和回放模塊將采集的心電信號(hào)數(shù)據(jù)一方面在前面板上顯示 , 同時(shí)還要求保存 , 尤其是心電信號(hào)波形 , 醫(yī)護(hù)工作人員 以后需要觀察和分析時(shí)可以隨時(shí)調(diào)用 。 LabVIEW 本 身不具備數(shù)據(jù)庫訪問功能 , 程序設(shè)計(jì)中采用了 LabSQL 工具包解決 LabVIEW 房屋內(nèi)數(shù)據(jù)庫的方法

18、 。如果將波形文件直接存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中 , 就會(huì)因?yàn)?每個(gè)波形數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度都過大而增加數(shù)據(jù)庫的容量 , 造 成系統(tǒng)運(yùn)行緩慢 。 因此考慮將波形文件以文本方式統(tǒng) 一保存在 “ 波形 ” 的文件夾中 , 在數(shù)據(jù)庫中只記錄保存的路徑及文件名 。 在需要重新打開波形文件時(shí) , 先從 數(shù)據(jù)庫讀取它的保存路徑及文件名 , 然后通過它直接 打開波形文件 。 操作時(shí)只需點(diǎn)擊前面板上的 “ 保存 ” 按鈕 , 調(diào)用相關(guān)子程序就可以把心電信號(hào)波形保存到 “ 波形 ” 文件夾中 。(下轉(zhuǎn)第 119頁 201劉柳 , 等 :電力 SCADA 系統(tǒng)傳輸網(wǎng)安全性評(píng)估模型 ·www. dianzikeji. org(

19、C 9 , “ 冗余鏈路 ” (C 12 4項(xiàng)安全措施進(jìn)行先驗(yàn)概率 和后驗(yàn)概率對(duì)比 。從圖 5可以看出 , 媒體類型概率值增高 , 說明媒體 侵入是最有可能的針對(duì)信息中斷進(jìn)行的攻擊 , 而對(duì)于 鏈路的物理保護(hù) (C 9 概率差值大 , 是最不穩(wěn)定因素 , 應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。圖 5安全措施先驗(yàn)概率 、 后驗(yàn)概率比較4結(jié)束語網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估過程中存在大量的不確定因素 , 由于缺乏客觀數(shù)據(jù)以及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估專家的個(gè)人偏好的不同 , 傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法在應(yīng)對(duì)這些問題方面存在一些不 足 。 因此 , 本文應(yīng)用防御圖結(jié)合證據(jù)推理網(wǎng)絡(luò)的方法進(jìn)行評(píng)估 ,結(jié)果不再是單一的概率值 , 而是一個(gè)置信區(qū) 間 , 從而提高了結(jié)果的準(zhǔn)確性及

20、有效性 。 然而在對(duì)于各項(xiàng)安全措施的證據(jù)收集及融合過程中仍存在大量不確定因素 , 因此 , 需要對(duì)本方法進(jìn)一步優(yōu)化和擴(kuò)充 。 參考文獻(xiàn)1HONG Yingyi , LEE Lunhui , CHENG HenghsingReliabilityassessment of protection system for switchyard using fault tree Analysis C Power System Technology , PowerCon In-ternational Conference ,2006:182劉勝航 , 張翔 , 曹旭平 基于層次分析法的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)評(píng)估模型

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