专利名称：一种基于无线网络的多用户胎儿心电监护系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及胎儿心电监护设备，特别涉及一种能够支持多个孕妇同时进行胎儿心电监护的基于无线网络的胎儿心电监护系统。
背景技术：
胎儿心电信号是由胎儿心肌细胞中电位的变化引起的，是反映胎儿心脏电生理活动的一项客观指标，反映胎儿在孕期中的生长和健康状况。通过对孕期中胎儿心电信号的监测，可以及时发现胎儿在生长发育过程中的异常状况，以便及时采取相应的医疗措施进行补救，达到预防新生儿疾病和降低胎儿死亡率的目的，在临床上有着广泛的应用和深入研究的如景。目前，胎儿心电监护设备通常只能对一名孕妇进行监护，导致医院的胎儿心电监 护设备相对缺乏，完全无法满足人们对胎儿监护的需求，给孕妇和医院都造成了很大的麻烦。另外，现有的这种支持单一用户的胎儿心电监护设备价格很高，不利于推广应用。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于无线网络的多用户胎儿心电监护系统。为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种基于无线网络的多用户胎儿心电监护系统，其包括至少两个无线胎儿心电传感器，监护室集中器，中转器和主集中器，所述无线胎儿心电传感器用于检测胎儿心电信号并将胎儿心电信号通过第一无线收发芯片发送给所述监护室集中器，所述监护室集中器采用第二无线收发芯片接收并整合胎儿心电信号然后通过第二无线收发芯片将胎儿心电信号发送给所述中转器，所述中转器通过第三无线收发芯片接收胎儿心电信号并将胎儿心电信号通过第三无线收发芯片发送给所述主集中器，所述主集中器通过第四无线收发芯片接收胎儿心电信号并将胎儿心电信号通过第四无线收发芯片发送给PC机对胎儿心电信号并进行存储、显示和处理。本发明的无线胎儿心电传感器体积小、功耗小，有效的提高了胎儿心电信号采集的灵活性和便利性，且减少了工频系统对胎儿心电信号的干扰；采用无线网络的形式来传输胎儿心率，能够实现同时对多名孕妇实现胎儿心电监护，并且避免了有线传输布线麻烦和维护困难的缺点，为开启医院集中监护和诊治病人奠定了基础。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图I是本发明基于无线网络的多用户胎儿心电监护系统的结构图2是本发明信号调理电路的电路结构方框图；图3是本发明信号调理电路的电路图；图4是使用本发明时的电极位置示意图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可 以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本发明提供了一种基于无线网络的多用户胎儿心电监护系统，其包括至少两个无线胎儿心电传感器，监护室集中器，中转器和主集中器。其中，无线胎儿心电传感器用于检测胎儿心电信号并将胎儿心电信号通过第一无线收发芯片发送给监护室集中器，监护室集中器采用第二无线收发芯片接收并整合胎儿心电信号然后通过第二无线收发芯片将胎儿心电信号发送给中转器，中转器通过第三无线收发芯片接收胎儿心电信号并将胎儿心电信号通过第三无线收发芯片发送给主集中器，主集中器通过第四无线收发芯片接收胎儿心电信号并将胎儿心电信号通过第四无线收发芯片发送给PC机对胎儿心电信号并进行存储、显示和处理。在本实施方式中，如图I所不，胎儿心电传感器的数量为25个,分布于5个监护室内，每个监护室设有一个监护室集中器，用于收集该监护室内各胎儿心电传感器的数据。中转器用于收集每个监护室集中器的数据并将数据传输到主集中器。通过这样的系统，可以完成对各监护室内的多名孕妇同时进行胎儿心电监护。本发明无线胎儿心电传感器包括导联、信号调理电路和核心处理芯片，导联与信号调理电路相连，信号调理电路与核心处理芯片相连，导联将采集的胎儿心电信号传输给信号调理电路，信号调理电路对接收到的胎儿心电信号进行放大滤波后传输给所述核心处理芯片进行处理。由于胎儿心电信号十分微弱，一般只有几微伏到几十微伏，同时存在着很大的干扰，这就对信号调理电路的设计提出了很高的要求。如图2所示，本发明的信号调理电路包括放大前缓冲模块、前置放大模块、高通滤波模块、二级放大模块、低通滤波模块和陷波模块。其中，放大前缓冲模块的信号输入端与导联相连，放大前缓冲模块的信号输出端与前置放大模块的信号输入端相连，前置放大模块的信号输出端与高通滤波模块的信号输入端相连，高通滤波模块的信号输出端与二级放大模块的信号输入端相连，二级放大模块的信号输出端与低通滤波模块的信号输入端相连，低通滤波模块的信号输出端与陷波模块的信号输入端相连，陷波模块的信号输出端与所述核心处理芯片相连。在本实施方式中，核心处理芯片的型号为C8051F120,该型号的核心处理芯片功耗低、运行速度快，该芯片自带AD转换器，并且提供了丰富的外围接口，从而减小了添加、配置附加外围接口的困难，简化了电路设计。
图3示出了本发明信号调理电路的电路图，从图中可见，本发明前置放大模块中放大器的型号为AD620，在本实施方式中，设置前置放大模块的放大倍数为7倍。二级放大模块中放大器的型号为TLC2274，在本实施方式中，设置二级放大模块的放大倍数为955倍。本实施例在二级放大过程中还包括一个高通滤波模块、两个低通滤波模块和50Hz/60Hz的工频陷波器。由于胎儿心电信号的频带主要集中于0.05-160HZ内，为了保证滤除噪声的同时保留胎儿心电信号的主要信息，本发明能够滤除掉低于0. 7Hz，并高于160Hz的频率成分。在本实施方式中，频率范围通过一个高通滤波模块和一个二级低通滤波模块共同作用实现。高通滤波模块为CR滤波电路，将低于0.05Hz的信号滤除，该RC滤波电路的电阻阻值为680KQ，RC滤波电路的电容为3. 7 ii F。低通滤波模块中的滤波器采用TLC2274，由TLC2274构成的一级低通将高于160Hz的信号滤除，二级滤波运用巴特沃斯低通滤波器对高频信号进行进一步滤波。由CR高通滤波器和TLC2274 二者构成的带通滤波器同时起到了抗混叠滤波器的作用。在导联所采集的信号中，50Hz/60Hz工频对系统干扰也很大，因此，设计双T型陷波滤波器对其进行滤除。在本实施方式中，采用简单导联的方式采集孕妇腹部混合心电信号，共需要4个 动电极，电极2和电极3作为差分电极的正极，电极4位于左腿，作为差分电极的负极。电极2和电极3分别与电极4组合成2个导联，用来采集孕妇腹壁混合心电信号。在本实施方式中，第一无线收发芯片的型号为nRF24L01,该芯片体积小,功耗低，配置简单的优点。监护室集中器和中转器的芯片型号为HRF24LE1，该芯片集成有无线收发内核nRF24L01和增强型51单片机，不需要单独增加单片机，内置的单片机就可以完成控制无线通信的全过程，按照自定义的通信协议完成胎儿心率的无线传输。主集中器的芯片型号为nRF24LUl，该芯片比nRF24LEl芯片多集成了一个USB2. 0控制器，可以方便的实现与PC机进行通信，将数据传输至PC机进行存储、显示和算法处理。这样就简化了电路的设计，节约了成本和PCB板的空间。在本实施方式中，无线胎儿心电传感器采用3. 7V 4. 2V的可充电式锂电池作为电源，电源电路选用两种稳压芯片ADP3338和ADM8660，分别为无线胎儿心电传感器提供+3. 3V和-3. 3V两个电压。这两种稳压芯片体积小，效率高，外围元件少，非常适用于便携式设备。为了保证胎儿心率能够在该无线网络内准确高效的实时传输，结合无线收发芯片nRF24L01的特点，本发明提出了一套短距离无线网络的通信协议。具体如下本发明无线网络采用相同的工作频率，该频率处于2. 4GHz频段内。为了防止工作频率的干扰过大而无法保证数据的有效传输，网络中的每个节点都必须能够进行工作频率调整。在接收模式下，无线收发芯片nRF24L01可以在一个RF频道下接收6路不同的数据通道，每个数据通道有自己唯一的地址并可以配置成不同的性能。为了使无线网络中的每个节点具有唯一的标识，给每个节点都配置了一个固定的标识地址，标识地址被分配给每个节点的I个接收地址，标识地址只用于与上层节点的通信。本发明充分利用了nRF24L01的多路接收功能，将中转器剩下的5个接收地址分别配置为5个监护室集中器的标识地址，这样就可以同时搜索6个数据通道地址，其中I个通道用于接收来自主集中器的命令，另外5个通道用于接收来自监护室集中器的数据，实现多对一的数据传输功能。类似的，监护室集中器的接收地址也可以这样配置，即监护室集中器将剩余的5个接收地址分别配置为5个传感器的标识地址。最底层的胎儿心电传感器不需要配置剩余的5个接收地址，只需将其发送地址配置成标识地址，用于向监护室集中器发送数据。这样中转器可以连接5个监护室集中器，每个监护室集中器又可以连接5个传感器，所以整个网络中共有25个传感器，也就是说最多可以允许25名孕妇同时进行胎儿心电监护，大大提高了胎儿监护的效率。正常胎儿心率一般在120次到160次之间，若胎儿出现异常状况，心率将低于或高于该范围，为了能够准确表示一个胎儿心率的数值，使用12位二进制数来表示一个胎儿心率数值，其范围在0 4095，完全能够满足胎儿心率范围的要求。本发明采用2个字节来表 示一个胎儿心率，多余的4位二进制数用来作为胎儿心电传感器的地址，这个地址用来区别同一监护室内的不同传感器，在集中器中采用2个字节来区别不同的监护室，这样就可以将无线网络中的所有传感器都区别开来。为了兼顾数据传输的效率和实时性，胎儿心电传感器的数据包长度设定为6个字节，即3个胎儿心率数据，这样在同一时刻每个监护室内的5个传感器向监护室集中器发送的数据最多为30个字节，加上2个字节的监护室标识，监护室集中器的数据总共32个字节，达到了 nRF24L01 —次发送接收数据包的最大长度。无线网络用于传输整个网络中胎儿心电传感器计算出的胎儿心率，首先各胎儿心电传感器将胎儿心率发送到相应的监护室集中器，监护室集中器在延迟一定时间等待监护室内的其他传感器的数据，若没有接收到某个传感器的数据，监护室集中器将该传感器对应的数据存储单元全部置零，表示没有接收到数据；然后各监护室集中器将数据发送到中转器，中转器接收到一个监护室集中器的数据后立即将其转发至主集中器。由于每个胎儿的生理状况是不一样的，其心率也是不同的，所以整个网络内所有节点都是采用基于数据的传输机制，只要节点的数据长度达到该节点要求的长度，则该节点就将数据发送到上一级网络节点，这样可以增强数据传输的实时性。如果多个节点同时向同一节点发送数据，那么就会造成数据阻塞。为了能够减少数据阻塞，增强数据传输的可靠性，配置使能无线收发芯片nRF24L01的自动重发和自动应答功能，将具有互相阻塞可能性的节点的自动重发时间配置为不同的值，使各节点最多只相互阻塞一次。为了进一步增强数据传输的可靠性，把丢包的可能性降到最低，在胎儿心电传感器中预留了 48字节的空间，编程设计为一个环形存储器，作为胎儿心率的缓冲存储器，防止因数据不能及时发送到监护室集中器而出现数据丢失现象。同样的道理，在监护室集中器和中转器中均预留了 512字节的存储空间，防止丢包现象。因为对胎儿心率的准确性要求较高，所以启用了 nRF24L01的CRC校验功能，这样校验失败的数据包将不会被接收，无法启动自动应答，发送节点将会重发这个数据包，在一定程度上增强了数据的准确性。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本 发明的范围由权利要求及其等同物限定。
权利要求
1.一种基于无线网络的多用户胎儿心电监护系统，其特征在于，包括至少两个无线胎儿心电传感器，监护室集中器，中转器和主集中器，所述无线胎儿心电传感器用于检测胎儿心电信号并将胎儿心电信号通过第一无线收发芯片发送给所述监护室集中器，所述监护室集中器采用第二无线收发芯片接收并整合胎儿心电信号然后通过第二无线收发芯片将胎儿心电信号发送给所述中转器，所述中转器通过第三无线收发芯片接收胎儿心电信号并将胎儿心电信号通过第三无线收发芯片发送给所述主集中器，所述主集中器通过第四无线收发芯片接收胎儿心电信号并将胎儿心电信号通过第四无线收发芯片发送给PC机对胎儿心电信号并进行存储、显示和处理。
2.如权利要求I所述的基于无线网络的多用户胎儿心电监护系统，其特征在于，所述无线胎儿心电传感器包括导联、信号调理电路和核心处理芯片，所述导联与所述信号调理电路相连，所述信号调理电路与所述核心处理芯片相连，所述导联将采集的胎儿心电信号传输给所述信号调理电路，所述信号调理电路对接收到的胎儿心电信号进行放大滤波后传输给所述核心处理芯片进行处理，所述信号调理电路包括放大前缓冲模块、前置放大模块、高通滤波模块、二级放大模块、低通滤波模块和陷波模块，所述放大前缓冲模块的信号输入端与所述导联相连，所述放大前缓冲模块的信号输出端与所述前置放大模块的信号输入端相连，所述前置放大模块的信号输出端与所述高通滤波模块的信号输入端相连，所述高通滤波模块的信号输出端与所述二级放大模块的信号输入端相连，所述二级放大模块的信号输出端与所述低通滤波模块的信号输入端相连，所述低通滤波模块的信号输出端与所述陷波模块的信号输入端相连，所述陷波模块的信号输出端与所述核心处理芯片相连。
3.如权利要求2所述的基于无线网络的多用户胎儿心电监护系统，其特征在于，所述核心处理芯片的型号为C8051F120。
4.如权利要求2所述的基于无线网络的多用户胎儿心电监护系统，其特征在于，所述前置放大模块中放大器的型号为AD620 ;所述高通滤波模块为RC滤波电路，所述RC滤波电路的电阻阻值为680K Q，所述RC滤波电路的电容为3. 7 y F ;所述二级放大模块中放大器的型号为TLC2274 ;所述低通滤波模块中的滤波器为TLC2274，所述陷波模块为双T型陷波滤波器。
5.如权利要求2所述的基于无线网络的多用户胎儿心电监护系统，其特征在于，所述导联的数量为4个。
6.如权利要求I所述的基于无线网络的多用户胎儿心电监护系统，其特征在于，所述第一无线收发芯片，第二无线收发芯片，第三无线收发芯片和第四无线收发芯片的型号均nRF24L01。
7.如权利要求I所述的基于无线网络的多用户胎儿心电监护系统，其特征在于，所述监护室集中器和中转器的芯片型号为nRF24LEl，所述主集中器的芯片型号为nRF24LUl。
全文摘要
本发明提出了一种基于无线网络的多用户胎儿心电监护系统，其包括至少两个无线胎儿心电传感器，监护室集中器，中转器和主集中器。本发明的无线胎儿心电传感器体积小、功耗小，有效的提高了胎儿心电信号采集的灵活性和便利性，且减少了工频系统对胎儿心电信号的干扰；采用无线网络的形式来传输胎儿心率，能够实现同时对多名孕妇实现胎儿心电监护，并且避免了有线传输布线麻烦和维护困难的缺点，为开启医院集中监护和诊治病人奠定了基础。
文档编号A61B5/0402GK102670194SQ20121012516
公开日2012年9月19日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者刘乃乾, 张舒婷, 曾孝平, 李国军, 熊于菽, 肖兰, 郝晓杰 申请人:重庆大学