远程无线心电监护系统的软件设计

1、电子 ·电路2012年第 25卷第 12期 Electronic Sci. Tech. /Dec.15, 2012 www. dianzikeji. org收稿日期 :2012-07-24作者简介 :施 敏 敏 (1982 , 女 , 硕 士 , 讲 师 。 研 究 方 向 :电子与通信 。远程无线心电监护系统的软件设计施敏敏 1, 何学红2(1. 盐城工学院 实验教学部 , 江苏 盐城 224000; 2. 江苏林洋电子股份有限公司 计划部 , 江苏 启东 226200 摘要心血管疾病具有突发性和高危险性 , 为了及时发现病情 , 需要对患者进行有效监护 。 文中设计了一套远程心电

2、监护系统软件 , 通过对 MC9S12XS128单片机底层程序的设计 , 完成了对心电信号数据的采集和 GPRS 模块的 AT 指令控制 , 由此实现心电信号数据的无线传输 。 操作简单 、 界面友好的监护系统部分采用了 LabVIEW 图形化编程 环境 , 对采集到的心电信号进行分析 、 处理 、 显示以及存储 , 操作者可以实时监测被测者的心电情况 , 便于及时做出 诊断 , 及早治疗 , 同时设置了自动报警系统 。关键词心电监护 ; 无线传输 ; 实时监测中图分类号R540. 41文献标识码A文章编号 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随着人们生活和工作节奏的不断加快 , 心血管疾 病已逐渐成为威胁人类生命安全的主要疾病 , 发病率 明显上升 , 并呈低龄化趋势发展 。 通过心电信号发现并及时诊治心血管疾病 , 是降低发病率和死亡率的有 效途径 。

7、利用当前日趋成熟的电子 、 通信和计算机技术 , 设计开发一套操作简单 、 携带方便 、 价格适宜的远程心电 监护系统具有良好的应用价值 。 患者可以随时随地对 自己的心脏状态进行监护 , 减轻了奔波劳累和经济开 支 、 节省了时间和社会医疗资源 ; 患者在熟悉的环境中 实时监测 , 提高了心电信号的准确性 , 从而为病情的发 现和诊治赢得了时间 ; 对于行动不便或自理能力较差 的用户实施远程监护 , 遇到病情突变时能够迅速报警 , 为患者提供及时的救助1。1系统整体结构选择以 GPRS 通信技术为平台 2, 设计了一套基 于飞思卡尔 DSC 的远程心电信号监护系统 。 该系统主要包括心电采集

8、 、 数据传输和远程监护 3部分 。 整 体框架如图 1所示。图 1系统整体框架心电信号采集模块负责对患者的心电信号进行长 时间实时采集 , 同时辅以心电信号调理电路 , 对采集到 的微弱心电信号进行放大 、 滤波 , 然后由微控制器控制 远程通信模块 , 将心电信号数据发送到医院中心监测 站的远程服务器 , 医护工作人员操作远程服务器上的 心电信号监护软件 , 对接收到的心电信号数据进行进一步的处理和分析 , 给出诊断意见 , 为患者的治疗提供 实时的远程指导 ; 对一些突发病情 , 可以赢得宝贵的抢 救时间3。01施敏敏 , 等 :远程无线心电监护系统的软件设计 ·www. di

9、anzikeji. org2系统硬件设计与成果系统的硬件部分包括心电信号采集模块和远程通 信模块两部分 。 心电信号采集模块主要包括电极 、 心 电导联系统 、前置放大电路及右腿驱动 、 高低通滤波电 路 、 50Hz 陷波电路 、 后置放大及电平抬升电路等部 分 。 远 程 通 信 模 块 主 要 由 MC9S12XS128单 片 机 、GPRS 模块 、 SIM 卡电路 、 电源电路组成 4。 设计的远 程无线心电监护系统样机 , 在强烈的噪声中仍能够采 集到准确的心电信号 , 尽可能地减小了失真 , 如图 2所示。图 2系统样机测试3系统软件设计与实现远程心电监护系统软件包括两部分 :监

10、护终端软件和远程服务器监护软件 。 监护终端软件即为单片机 软件 , 主要是完成心电信号数据的采集控制 、A /D转 换 、发送等功能 ; 远程服务器监护软件则是医院监测中 心的计算机软件 , 主要完成心电信号数据的接收 、 显示 、存储及报警等功能 5。 3. 1单片机程序单片机不仅要完成系统初始化设置 , 还要完成单片机的工作控制 、无线传输控制等 。 为便于程序的调 试 、 连接和修改 , 设计时分成 3个模块 :(1 单片机主程序模块 :初始化心电信号监护系统终端的各个模块 , 控制各个模块的工作状态和工作流程 , 实现远程心电 监护系统的总体功能 。 (2 心电信号采集模块 :主要

11、完成心电信号数据的采样工作 。 (3 心电信号数据无 线传输模块 :完成无线传输芯片 SIM300模块的初始化 、传输控制等功能 6。 3. 1. 1单片机主程序模块单片机主程序模块的流程图如图 3所示 。系统初始化 :单片机系统初始化包括锁相环的初 始化 、 串口初始化 、A /D初始化等 。 (1 锁相环的初始 化 。 (2 串口初始化 。 单片机有两个 SCI 模块 , 可任选 其一 。 SCI 的初始化主要包括波特率设置 、 通信格式的设置 、发送接收数据方式的设置等 。 (3 GPRS 初始 化 。 系统初始化结束后可以进行 GPRS 初始化 ,GPRS 图 3主程序流程图初始化是通

12、过 SCI 串口向 SIM300模块输入 AT 指令 ,然后根据串口接收的返回值来完成 , 具体流程如图 4所示。图 4GPRS 初始化流程图其中当 “ AT r n ” 的返回值为 “ OK ” 时 , 则表示成功启动 SIM300模 块 , 否 则 表 示 启 动 失 败 ; 当 “ AT +CGATT ? rn” 的返回值为 “ 1” 时 , 则说明 GPRS 打开成功 , 否则说明打开失败 ; “ AT +CIPSTART =mode , IP address , port rn” 中 mode 表示通信协议 , IP address 表示远程服务器 IP 地址 , 同时要求该地址为公

13、网 IP 地址 , port 表示远程服务器开放的端口号 , 该指令 的返回值为 “ CONNECT OK ” 时 , 表示登陆 Internet 成功 ,即 GPRS 的初始化即结束 。 3. 1. 2心电信号采集模块心电信号数据的采集流程如图 5所示 。 其中 A /D转换之前应按照要求对转换位数 、 扫描方式 、 采样时间 、 时钟频率及标志检查等方式进行设置 , 然后通过控101电子 ·电路施敏敏 , 等 :远程无线心电监护系统的软件设计 www. dianzikeji. org制寄存器发出转换命令 , 即可实现 A /D转换。图 5心电数据采集程序流程图3. 1. 3心电信

14、号数据无线传输模块心电信号数据的传输是 MC9S12XS128单片机通过 SCI 串口通信控制 SIM300GPRS 模块来完成 。 通过 SCI 串口向 SIM300模块输入 “ AT +CIPATS =MODE , TIME ” , 以此来设定自动发送的时间 , 其中 MODE 可以设置为 0或者 1,0表示不设定时器 , 1表示设定 时器 ; 定时的长度由 TIME 设置具体的数值 , 单位 s 。接着输入指令 “ AT +CIPSEND ” , 等待返回 “ ” 后输入 要发送的数据 , 定时一到自动发送输入的数据 。 当返 回值为 “ SEND OK ” 时 , 表示发送结束 。 具

15、体的数据传 输流程如图 6所示。图 6心电信号数据传输流程图3. 2远程服务器监护软件设计计算机软件选择 LabVIEW 设计完成 。 LabVIEW 是由美国 NI 公司设计的图形化编程软件 , 专门用于数据采集与仪器控制 、 数据分析和数据表达 , 已广泛应用 于航空 、 航天 、 通信 、 电力 、 汽车 、 电子半导体 、 生物医学 等领域 。3. 2. 1数据显示模块心电信号监护系统的前面板如图 7所示 , 数据显 示主要包括心电信号波形显示 、 检测结果显示以及报警显示。图 7心电信号监护系统的前面板心电信号波形显示的是从串口接收到的心电信号 数据 , 经过转换后的心电曲线 。 医

16、院中心监测站的工 作人员随时观察 、 分析患者的心电信号波形 , 及时给出 诊断意见 。检测结果显示的是心电信号的峰值 、 谷值 、 峰峰 值 、 R R 间 期 、 频 率 、 心 率 。 设 计 时 选 择 函 数 选 板 【 Express 】 【 信号分析 】 子选板上幅值和电平测量 、 信 号的时间和瞬态特性参数两个函数分别测量心电信号的峰值 、谷值 、 峰峰值和 R R 间期 、 频率 。 报警显示部分是对所采集心电信号的心率判断 ,然后用布尔指示灯显示报警状态 。 一般正常人心跳次 数是 60 100次 /min, 60称为心动过缓 。 成人每分 钟心率超过 100次 , 称为心

17、率过速 。 本设计中的判断方 法就是设定心率上限为 100次 /min, 下限为 60次 /min。 当采集的心率低于 60次 /min时 , 点亮心动过缓的指示 灯 ; 当采集的心率高于 100次 /min时 , 点亮心动过速的 指示灯显示心率异常报警状态 , 提示医护工作人员进行 适当的处理 。3. 2. 2数据保存和回放模块将采集的心电信号数据一方面在前面板上显示 , 同时还要求保存 , 尤其是心电信号波形 , 医护工作人员 以后需要观察和分析时可以随时调用 。 LabVIEW 本 身不具备数据库访问功能 , 程序设计中采用了 LabSQL 工具包解决 LabVIEW 房屋内数据库的方法

18、 。如果将波形文件直接存储在数据库中 , 就会因为 每个波形数据的长度都过大而增加数据库的容量 , 造 成系统运行缓慢 。 因此考虑将波形文件以文本方式统 一保存在 “ 波形 ” 的文件夹中 , 在数据库中只记录保存的路径及文件名 。 在需要重新打开波形文件时 , 先从 数据库读取它的保存路径及文件名 , 然后通过它直接 打开波形文件 。 操作时只需点击前面板上的 “ 保存 ” 按钮 , 调用相关子程序就可以把心电信号波形保存到 “ 波形 ” 文件夹中 。(下转第 119页 201刘柳 , 等 :电力 SCADA 系统传输网安全性评估模型 ·www. dianzikeji. org(

19、C 9 , “ 冗余链路 ” (C 12 4项安全措施进行先验概率 和后验概率对比 。从图 5可以看出 , 媒体类型概率值增高 , 说明媒体 侵入是最有可能的针对信息中断进行的攻击 , 而对于 链路的物理保护 (C 9 概率差值大 , 是最不稳定因素 , 应重点关注。图 5安全措施先验概率 、 后验概率比较4结束语网络安全评估过程中存在大量的不确定因素 , 由于缺乏客观数据以及风险评估专家的个人偏好的不同 , 传统的评价方法在应对这些问题方面存在一些不 足 。 因此 , 本文应用防御图结合证据推理网络的方法进行评估 ,结果不再是单一的概率值 , 而是一个置信区 间 , 从而提高了结果的准确性及

20、有效性 。 然而在对于各项安全措施的证据收集及融合过程中仍存在大量不确定因素 , 因此 , 需要对本方法进一步优化和扩充 。 参考文献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刘胜航 , 张翔 , 曹旭平 基于层次分析法的网络风险状态评估模型

21、J 计算机安全 , 2006(2 :1921, 243肖龙 信息系统风险的多级模糊综合评判模型 J 四川大学学报 ,2004, 36(5 :981024高会生 , 付建敏 , 孙逸群 基于 PCA RBF 神经网络的光纤保护通道风险评估 J 华北电力大学学报 , 2007, 34(5 :90945SOMMESTAD T , EKSTEDT M , JOHNSON PCyber cecurityrisks assessment with bayesian defense graphs and architec-tural models C Proceedings of the 42nd Hawa

22、ii Interna-tional Conference on System Sciences , 20096WEI YongchaoDS combination method dased on the fusionof evidences pretreatment and rules modification C Con-sumer Electronics , Communications and Networks (CEC-Net , 20127牛春霞 , 宋玮 IEC 5104远动网络通信协议的应用与实施 J 河北电力技术 , 2006(1 :3032, 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 51(上接第 102页 通过回放心电信号波形 , 医生对病人的病情可以 深入了解 , 全面考虑 , 做出正确诊断 , 从而能为患者提 供更为准确 、有