1 引 言
多功能监护仪是一种常用的临床医疗器械，他能够把患者的心电(ECG)、呼吸(RESP)、血氧饱和度(SPO2)、血压(BP)等参数显示出来，经过24小时对患者各种生理参数的监测及剖析。
在某一生理机能参数超出规则数值时便宣布警报，提示医护人员及患者家族进行抢救的一种监护体系，是医护人员确诊、医治及抢救的重要器械。
传统的监护仪一般经过串口与主监护室相连，布线不方便而且仅局限于手术过程和ICU病房的监护，约束了其运用价值，不能满意一切临床科室的运用。本文规划了一套无线通讯体系，经过星型网络和一个无线网关把一个房间内的监护仪的信号送入公司的局域网，使监护仪摆脱了电缆的约束，完成了医疗监护体系的网络化，一起经过内置的电池，能够放在任何临床患者需求的场合。
2 体系描绘
本体系不需求改动原监护仪的任何软件，最大极限地维护原有的规划投入。本体系只是在监护仪与医院的局域网之间经过无线网络，建立起上行与下行的两个虚拟通道，完成数据的通明传输。该体系的无线频率挑选在2.4 GHz的ISM频段，由1台主机与6台分机构成。因为本来规划的串口通讯速度一般为19 200 b／s，在6台分机一起需求传输数据的情况下，主机的速度会到达19 200*6 b／s，再加上协议的开支，因而对主机的处理才能和无线传输的速度提出了很高的要求，一起还要处理与局域网衔接的TCP／IP协议，一般的8位单片机达不到规划要求。本规划选用了ST的STR912FW44作为主机的操控器，而从机因为只担任数据的收发，选用了相对简略的8位机ATmega 8作为操控器，无线芯片选用nRF的nRF24L01，2Mb／s无线数据链路，能够保证体系对速度的要求。别的，nRF24L01集成了主动发送和接纳数据包、发送和应对信号、检测和重发丢掉数据包、存储没有收到应对信号的数据包等功能，所以能够主动重发丢掉的数据包，然后保证用户终端的可靠性。具体的体系框图如图1所示。
3 硬件规划
本体系中的主机，选用了ST公司的STR912FW44。STR912FW44是ST最新ARM9单片工业级微操控器STR91x系列之一，依据ARM966E-S内核，片内自带FLASH，USB，CAN，SPI，以太网等外设。具有严密耦合的512 kB的FLASH存储器，以及96 kB的SRAM，因为本体系不涉及到杂乱的运用程序，所以不需求外扩存储器。STR912FW44内部现已包含了以太网的MAC和MII接口，在他与已太网相连时，仅需求添加一个以太网的物理层芯片(PHY)RTL8201BL。
STR912FW44具有一个能够作业在主从形式下的SPI接口，经过该接口与nRF24L011进行数据交流，在本运用中，SPI作业于主形式下。射频部分选用nRF的nRF24L01芯片，nRF24L01具有高达2 Mb／s的传输速度，缩短了数据在空中的延迟时刻，关于多从形式下的数据传输，能够削减数据磕碰的时机。具体的主机硬件框图如图2所示。
关于本规划的射频部分，期望传送尽可能远的间隔，因为nRF24L01的输出功率只要几dBm，不符合要求，因而外加了SiGa的PA2423L做功率放大。选用-个射频模仿开关UPG2214来切换nRF24L01的作业状况，即发射状况或接纳状况，使发射功率能够到达20 dBm，在空旷地，传输间隔能够超越500 m。
关于从机，选用了相对简略的规划。操控器为ATMEL公司的AVR系列中的一款：ATmega8，射频部分与主机相同，相同经过SPI接口与ATmega8交流数据。一方面，ATmega8接纳从UART传过来的数据，打包后经过射频部分发射出去，一起，经过SPI接口接纳从nRF24L01传来的数据，去除协议部分，然后交给UART。
因为本体系中包含混合的电路体系，对PCB的规划提出了很高的要求，本规划运用一般的FR4板材，要留意以下几点：
(1)将PCB分红独立的模仿部分和数字部分。
(2)适宜的零件布局，留意电源的滤波。
(3)布线的时分尽量削减环路的面积，以下降感应噪声。
(4)电源线与地线要尽量粗，除了能够减小压降外，更重要的是能够下降耦合噪声。
4 软件规划
本规划对数据传输的实时性具有很高的要求，有必要细心核算与调整协议的时刻开支和数据包的巨细。鉴于nRF24L01内部现已具有了简略的数据链路层和32 BFIFO，而且包含CRC校验和犯错重传机制，故能够在此基础上规划数据链路层。
本体系规划为1台主机，6台从机，选用简略的轮询机制。首要主机依据不同的从机地址，向其间的一台从机宣布数据恳求，在一段承认的时刻之内，假如没有得到回传的数据，就能够判别为超时。假如得到的数据有过错，nRF24L01会主动发动过错重传机制。因为经过了CRC校验，能够承认上层得到的数据便是正确的数据。在数据链路层，因为上行(数据由从机到主机)和下行(数据由主机到从机)的数据量不同，上行的数据量较大，是首要的数据通道，下行的数据量很小，只要一些操控信号，所以上行的数据包选用32 B／包，而下行的数据包选用8 B／包。依照从机的UART接纳的数据速率为19 200 b／s，每秒的数据量约为19 200／8 B，即2 400 B／s。依照32 B／包核算，每秒需求传输2 400／32包，即75包。从机运用的操控器只担任存储与转发，ATmega8具有1 000 B的SRAM，能够拓荒出320 B，即10个数据包的上行缓冲区，在每个轮询周期，每台从机传送320 B的数据。所以把轮询厨期设为10 ms，在每个轮询周期内，主机别离与6台从机交流一次数据，每秒能够有大于10个轮询周期，射频部分收发状况的切换时刻，只要几个μs，能够疏忽。扣除SPI通讯中协议的开支，每秒上行通道能够传送大于3 200 B的数据，这个速度超越从机从UART接纳数据的速度，能够保证不丢数据。至于下行数据链路，因为数据量很小，能够疏忽不计。
5 本规划的亮点
为什么不必蓝牙：蓝牙具有完善的协议层，能够保证不同手持设备之间数据的自在交流，但蓝牙为了保证互换性而构成的协议包结构适当杂乱，这不只导致了其硬件的杂乱性，也大幅度添加了处理量和同步处理需求，导致电池耗费敏捷添加。
为什么不必WiFi：不可否认WiFi具有更好的通用性、更快的数据速率，但相同对接口的硬件具有适当高的功能要求，无法与一般的单片机相连。假如选用更高功能的处理器，会添加硬件的杂乱度和软件的本钱，一起WiFi的高功耗也不适合运用电池供电的多功能监护仪。
为什么不运用ZigBee：ZigBee也是一种近间隔低速率数据交流的可选规划，但ZigBee的传输速率只要250 k／s，不能满意本体系的需求。ZigBee协议杂乱、开发难度大、周期长，这进一步约束了中小厂商的运用。
6 结 语
本嵌入式体系的规划应该以体系自身的需求为中心，而不能把一个体系的规划生搬硬套到别的，一个体系上。别的一个优异的嵌入式体系还要统筹硬件、软件、功耗、运用环境等各种因素。
