1 导言
跟着经济的快速开展和人们生活水平的不断进步，健康已成为人们重视的焦点。心脏疾病是损害人类健康的一大杀手，其偶然性与突发性的特色使得心电监护体系具有重要的临床运用价值。因为传统的心电监护仪不能进行远距离的实时监护，所以便携式无线心电监护体系显得愈加重要。无线医疗监护体系首要由生理信息与数据收集、无线数据通讯、操控和显现等单元组成。目前国内已有用于临床的无线心电监护产品，但其选用的计划大都是“收集器+发送器(PDA或手机)”，从本钱上看其价格昂贵;从无线传输方面看，大多是将心电数据以模仿信号传输，这必定导致信号在传输过程中发生失真。此外，因为人体电阻差异导致心电信号在1～10 mV之间变化，固定扩大倍数体系缺少适应性。
依据此，这儿提出依据C8051F320单片机的无线监护体系。该体系分为数据收集盒和PC监护终端两部分。数据收集盒在规划中充分考虑其体积小、功耗低、操作便利的要求，因而悉数选用SMT封装的元器材;PC监护终端经过USB接纳数据。选用VC++编写显现、存储、剖析处理和报警等功用程序。试验结果表明该体系能满意患者在100 m规模内活动，并能依据不同患者挑选适宜的扩大倍数;因为心电信号在数据收集盒内经MD转化器处理后才发送，信号抗搅扰才干更强。
2 体系硬件规划
2.1 体系全体构成
体系由数据收集盒和PC监护终端两部分构成，见图1。数据收集盒选用C8051F320单片机为中心收集心电数据并操控程控扩大器，选用NRF24L01模块收发数据与PC监护终端通讯。PC监护终端中 C8051F320单片机经过NRF24L01模块接纳心电数据并经过自带的USB接口将数据送至PC机。
2.2 心电收集与程控扩大电路
心电信号归于弱小信号，因为个别差异，体表心电信号的丈量幅值规模为 1～10 mV，在丈量心电信号时存在较强搅扰，包含丈量电极与人体之间构成的化学半电池所发生的直流极化电压;以共模电压方法存在的50Hz工频搅扰;人体运动、呼吸引起的基线漂移;肌肉缩短引起的肌电搅扰等。针对极化电压和肌电搅扰，选用HOLTER遥测三导连线和一次性心电电极与人体触摸，其间一次性心电电极选用氯化银和医用压敏胶制成，能很好地减小肌电搅扰。共模搅扰的存在要求前置扩大器具有极高共模按捺比(CMRR)，不低于80 dB。依据以上要求，前端扩大器选用仪用AD620扩大器，扩大倍数约50倍;一起为按捺基线漂移和高频噪声的影响，后端电路选用0.05～100 Hz的带通滤波器进一步处理信号进行，然后经过50 Hz的陷波电路再次处理信号。
为充分运用A/D转化的精度，在转化前先将信号扩大到A/D转化器电路参阅电压的70%左右，考虑到信号中有附加的直流成分，需在A/D转化电路前添加电平调理电路。个别心电起伏的差异要求电路中规划程控扩大电路，又为便于心电信号的标定和考虑到实践器材扩大倍数与理论值的误差，在程控扩大前设置一个手动可调的扩大电路(1～10倍)。归纳上述剖析，心电收集与程控扩大部分应包含：AD620前端扩大、0.05～100 Hz的带通滤波、50Hz陷波、手动扩大、程控扩大和电平提升等电路，如图2所示。其间程控扩大功用的完成首要运用CD4051电子开关的数字选通功用，能够完成1～50倍的调理规模。
2.3 NRF24L01无线发射电路
NRF24L01是单片射频收发器材，作业于2.4～2.5 GHzISM频段，作业电压为1.9～3.6 V，有多达125个频道可供挑选。经过SPI写人数据，其速率最高可达10 Mb/s，数据传输速率最高可达2Mb/s，并有主动应答和主动再发射功用。和上一代NRF2401比较，NRF24L01数据传输率更快，数据写入速度更高，内嵌的功用更齐备。器材内置频率合成器、功率扩大器、晶体振荡器、调制器等功用模块，并交融增强式ShockBurst技能，其间输出功率和通讯频道可经过程序装备。器材能耗十分低，以-6 dBmW的功率发射作业电流仅9 mA，接纳时作业电流只要12.3 mA，多种低功率作业形式(掉电形式和闲暇形式)使节能规划更便利。结合C8051F320内部资源.选用自带的SPI接口操控NRF24L01的读写，节约硬件资源也便利软件的编写。图3为无线发射操控电路。
2.4 PC监护终端规划
C8051F320集成了全速/低速USB功用操控器，用于完成USB接口的外部设备(不能被用作USB主设备)。USB功用操控器(USB0)由串行接口引擎(SIE)、USB收发器(包含匹配电阻和可装备上拉电阻)、1 KB FIFO存储器和时钟恢复电路(能够不必晶体)组成，无需外部元件。USB功用操控器和收发器契合通用串行总线规范2.0版。监护终端中的单片机也选用 C8051F320，无线接纳部分和图3相同。C8051F320经过自带的USB接口与PC进行数据通讯(见图1)。
3 体系软件规划
3.1 数据收集盒程序规划
数据收集盒中以C8051F320单片机为中心，该器材是彻底集成的混合信号片上体系MCU，具有以下特性：(1)高速、流水结构的8051兼容的微操控器内核(可达25 MI/s);(2)全速、非侵入式的在体系调试接口(片内);(3)通用串行总线(USB)功用操控器，有8个灵敏的端点管道、集成收发器以及1 KB FIFO RAM;(4)实在10位200 ks/s的17通道单端/差分A/D转化器，带模仿多路器;(5)硬件完成的SMBus/I2C、增强型UART和增强型SPI串行接口。
收集参数剖析与确认：(1)心电能量首要散布在0.05～100 Hz之间，依据采样定理可知A/D转化器的采样频率应大于200 Hz。归纳考虑A/D转化器采样速度高和低功耗，将其采样率设置为2000Hz;(2)因为A/D转化器每次采样时问并不持平，所以选用TIME2定时器触发每个采样周期;(3)为进步传输速度和数据传输功率以及到达低功耗的要求，将NRF24L01设置为数据块传输形式，每采样32个点建议一次无线数据传输;(4)C8051 F320中的SPI口设置为4线主方法，NRF24L01的SPI为从方法。这样不只满意实时采样要求，还充分运用硬件资源和动力。图4为数据收集盒软件流程。
3.2 PC监护终端软件规划
3.2.1 C8051F320固件程序
单片机与NRF24L01间经过SPI接口交流数据，USB设置为块状传输形式与PC机进行数据通讯。为和数据收集盒相兼容，仍将每32个数据打成一个数据包，也可充分运用硬件资源并进步数据传输功率。其流程图与数据收集盒相似。
3.2.2 PC机软件规划
PC机软件选用VC++6.0编写。VC++6.0中集成MFC开发环境，该环境供给丰厚的接口函数一起透明化程度较高，界面编写灵敏且便利，一起大部分硬件开发商都供给规范的C++接口函数供客户运用，DLL也是VC++的快捷之处，它是依据Windows程序规划的一种设备。其间USB通讯接口的操控部分经过调用SIXUSB.DLL动态衔接库完成;显现部分调用：MFC供给的库函数如Lineto()、Moveto()等，数据存储选用数据流的方法存储;调用SetTimer(1，0,NULL)每1 ms发生1次时钟中止音讯，便于及时更新数据显现。因为USB形式设置为块状数据传输形式，所以PC机读取速度要大于数据收集盒收集速度才干确保数据包不丢掉，故每次预读128字节，然后判别实在读到的数据量，将其放到数据寄存地址以供显现。详细流程如图5所示。
4 联机调试及数据记载
4.1 数据收集盒的调试
在心电信号输入端加10 mV、70 Hz的正弦波信号，将程控扩大部分增益设置为1，调查A/D转化器输入端波形，调理手动扩大器上的可调电阻，使整个电路的增益为200倍，这样在A/D转化器处信号幅值应为1 V;将示波器设置为直流形式，调整举高电平电路至信号的中心线坐落1.5 V左右。这样整个数据收集盒调试结束，翻开PC机端软件，将程控扩大增益设为1，在显现屏上应能看到正弦波信号。
4.2 数据记载
一次性心电电极同定方位：在左右肋骨下接近臂膀处别离贴一个，在腹部右侧贴一个。将 HOLTER导联线衔接到电极上，并将另一端插到数据收集盒上，翻开电源后，测验者便可做一些根本活动。此刻翻开PC机端HeartECG软件，先手动挑选程控扩大倍数，使心电信号处于屏幕中心，也能够挑选主动形式，这样软件会依据算法主动调理扩大倍数便于心电信号的观测。实测数据如图6所示，其间图左是扩大500倍波形，图右是扩大1 000倍波形。
5 结束语
试验结果表明该体系具有较强的按捺基线漂移才干、低功耗、操作简略和支撑多个患者一起监护等特色。在空阔环境下，测验者可在50 m规模内活动，室内可穿过1面水泥墙。因悉数选用SMT封装，数据收集盒尺度仅为5 cm×6 cm，佩带便利，是一款廉价有用的无线心电监护体系。
