专利名称：具有gsm/gprs通讯及gps功能的心电监护仪的制作方法
技术领域：
具有GSM/GPRS通讯及GPS功能的心电监护仪属于心电监护仪制造的技术领域。
背景技术：
目前，心电远程监护较多使用的是电话线传输心电数据。由患者佩戴袖珍式心电监护仪对患者心电进行监护和初步分析，存储异常心电并报警。患者可以随时将存储的或实时的心电信号通过公用电话网以数字调制方式送至医院监护中心，使医生能及时地诊断，提供救治指导或组织抢救。但这种技术必须是有公用电话网的地方才能使用，限制了用户的活动范围。
本实用新型的目的在于提供一种具有远程无线心电监护，GPS全球定位功能，体积小，功耗低，操作方便，心电信号分析可靠，系统稳定度高，具有GSM/GPRS通讯及GPS功能的心电监护仪。
本实用新型的特征在于它含有心电信号处理电路，以MSP430芯片为主构成的单片机，预存心电数据处理程序以及通讯协议处理程序。
芯片MOBI2002构成的液晶控制电路和液晶显示屏，它们依次和所述的单片机的显示信号输出相串连。
心电整形放大电路及普通心电电极，它们依次和所述单片机的心电监护电路输入端相连。所述的心电整形放大电路它由以下依次串连的电路构成前置滤波电路，前端采用芯片LM324，它的信号输入端与所述心电电极正、负电极相连。
差动放大电路，采用芯片INA128高通滤波电路，它是一个由通用运算放大器LM324及电阻，电容组成用来滤掉低频干扰信号。
电平调整电路，它是由一个通用运算放大器LM324及电阻，电容组成用来把心电信号转换到MSP430片上的A/D转换器的电压输入范围。
主放大电路，它是一个由运算放大器LM324和数字电位器MAX5464组成的心电信号可调的放大电路，用于调整放大倍数的数字电位器由所述的单片机控制。
低通滤波电路，它是一个用MAX7414芯片组成的4阶巴特沃兹低通滤波器。其输出端与单片机的心电信号的输入端相连。
右脚驱动电路，主要是由芯片MAX494构成，所述的芯片MAX494的正输入端接地，负输入端经限流电路接差动放大器的1脚和8脚。所述的芯片MAX494的输出端接人体的右腿的另一个心电电极。所述的芯片MAX494的输出端与负输入端之间并联着一个电阻和一个电容。
DC-DC直流电压变换电路，它分别由芯片MAX1705和MAX828组成。所述的MAX1705和MAX828芯片皆由正常工作电压为4.5伏的锂电池供电。所选芯片的输出电压分别为+3V，+5V以及-3V。
存贮电路由FLASH芯片AT45DB161B和一些电阻组成。所述的单片机的数据和时序线的端口P3经SPI总线与所述的存贮电路的输入端相连。
FALCOM C2D-SI和一些电阻构成GPRS/GSM/GPS组件和GPS定位组件。他们组成的GPRS/GSM/GPS组件，所述的单片机的P3端口的两根线与FALCOM组件相连，通过所述的单片机的异步通讯口控制FALCOM组件的GPRS通讯电路，同时所述两根线通过GPS电路接收GPS数据；所述的单片机也可经FALCOM组件用无线方式与因特网相连。
本实用新型的工作原理为将0-5mv的心电信号放大到0-3V，由单片机控制A/D变换器将模拟的心电信号量转换成数字量。将单片机的定时器设置成1/256秒，以实现256Hz心电图采样。液晶屏进行实时的心律显示，单片机进行实时的心电数据计算，如果心电数据满足报警标准，报警。最后把这个编码值由单片机控制存储到FLASH存储器中。如果要进行数字传输，则是通过单片机的接口相连的通讯组件，在单片机的控制下，数据从FLASH取出，最后通过通讯组件将数据送出。
本实用新型可以进行心电信号的长期记录，采用大容量的FLASH存储芯片，最终可存储11小时的心电数据；单片机通过IIC总线控制液晶组件PCF8548，在MOBI2002-01上显示心律和报警信息。单片机的IIC接口由普通输入输出口线模拟。系统的数字电路芯片全部采用3V供电；并且用DC-DC变换提供给系统稳定电源。
本实用新型可以进行心电信号的实时心律分析。在单片机内编写软件对心电数据进行处理，计算心律。并将心律显示在液晶屏上。如果心律出现停博、漏搏将在液晶屏上显示标志表示心电异常。
本实用新型可以进行无线的数据传输和全球定位。单片机控制GPRS/GSM通讯及GPS定位组件FALCOM-C2D。可以通过接口从FALCOM组件中读出全球定位信息。
也可以通过接口从FALCOM组件采用无线的方式向Internet网络上的一个地址发送心电数据。接收端可以采用连接到Internet的计算机、掌上电脑等终端接受数据。
本实用新型可记录5-6小时的心电数据；功耗低，总体功耗小于200mW。
图1，本实用新型的总体构成原理框图。
图2，本实用新型实施例的心电采集电路图。
图3，本实用新型实施例心电采集电路的右脚驱动原理图。
图4，本实用新型实施例的程序框图。a，主程序b，监护子程序图5，本实用新型数据传送子程序的程序连接过程框图。
图6，本实用新型数据传送子程序的数据传送过程框图。
图7，本实用新型实施心电放大效果示意图。
图8，本实用新型实施心电数据传送示意图。
具体实施方式
图1为本实施例的总体构成原理框图，图中1是MSP430为核心的单片机系统，2是MOBI2002液晶控制组件，3是液晶屏，4是按键控制电路，5是薄膜按键，6是心电整形放大电路，7是普通心电电极(本实例使用的是CONMED公司的一次性Ag/Agcl电极)，8是直流电源变换电路，9是普通锂电池，10是GPRS/GSM/GPS组件，11是因特网，12是FLASH存储器。各电路的组成及工作原理分别详细说明如下1其核心部件为MSP430单片机MSP430F149，其特点是功耗低，功能多强自带A/D转换，和两个定时器两个同步/异步通讯口。
2是MOBI2002液晶控制显示电路，MSP430单片机P4口的两根线作为数据和时钟线，采用IIC协议，控制液晶组件MOBI20024键盘控制电路，MSP430单片机P3口的4根普通口线用作功能按键输入线，检测是否有按键输入。
5心电采集电路，图3为本实用新型实施例的心电采集电路原理图。心电信号放大器包括前置处理、仪用放大器、高通滤波、主放大、低通滤波器。其作用是将0-5mV的1心电信号放大到0-3V，同时除去基线漂移、50Hz工频干扰和高频噪声。
前置滤波线路，滤除高频干扰。前级采用通用运算放大器LM324进行高通滤波。
仪用放大器INA128可对由两个电极输入的信号进行差动放大，放大倍数可调整。右腿驱动电路，用来滤除人体的50赫兹工频干扰。
通用运算放大器LM324及电阻电容组成电平调整电路，将心电信号转换到MSP430的片上12位A/D转换组件的输入电压范围。
通用运算放大器LM324和数字电位器MAX5464组成心电信号主放大电路。通过单片机控制数字电位器来调整放大倍数。
用MAX7414组成4阶巴特沃兹低通滤波器。进行低通滤波后，将信号传入单片机。
单片机对数据进行进一步的处理。
8，DC-DC直流电压输出电路，系统使用正常工作电压4.5V的锂电池作为基础能源，通过DC-DC(直流-直流)的变换，产生数字电路和模拟电路所需的3V、+5V、-5V电压。由于DC-DC输入电压范围是0.8V-输出电压。只要不低于0.8V，输出电压仍然能保持在所设定的值上。MAX1705可产生+3V和+5V的稳定电压。MAX828B可产生-3V的稳定电压。
10，GPRS/GPS组件控制电路
MSP430单片机的P3口的两根线与FALCOM组件连接通过异步通讯口来控制FALCOM组件的GPRS通讯部分。MSP430单片机的P3口的两根线与FALCOM组件连接，控制组件的GPS部分接收GPS数据。
12，存贮电路MSP430单片机P3口用作数据和时钟线，采用SPI总线方式，与FLASH AT45DB161B通讯。
图3为右脚驱动电路。用芯片MAX494和电容，电阻连接而成。一端接差动放大器1，8两脚。另一端接人体的右腿上的心电电极。它可以用来减小50Hz工频电压干扰对电路的影像。
图4为本实用新型实施例的程序框图。系统软件是由主程序和中断服务子程序两大部分组成。主程序主要完成按键的循环检测，如果有功能键按下，则将相应标志置位，并进入相应的服务子程序。
服务子程序包括I心电图记录子程序、II数据传送子程序。
I心电图记录子程序将原始心电数据保存到FLASH存储芯片中。数字传送子程序控制FALCOM组件将数据以无线的方式传到中心站。中断服务子程序设置为1/256定时中断，实现256Hz心电图采样。
程序初始化后启动A/D定时终端，以200Hz的频率启动AD转换。如果接受到心电数据后，程序进行自学习得到自学习域值。随后进入监护子程序，发现有异常心电时显示报警信息，并调用通讯子程序传送数据。如果接收到按键的信号也可以进入到通讯子程序。
监护子程序中，先对得到的心电数据进行50Hz陷波处理。依次进行R波检测，心率计算，心动过速过缓计算，P波检测，房早室早检测，漏博检测。
II数据传送子程序实现了通过GSM/GPRS组件拨号上网，由便携式心电监护仪向监护中心站发送心电数据的功能。主要包括两个部分，一是通过AT指令对GSM/GPRS组件的控制，一是与组件建立PPP协议(点对点协议)连接以后，在其上实现的精简的IP、TCP等高级网络协议。在有限的程序存储空间内完成了协议请求、应答，数据打包、发送，超时重发，出错退出等功能。可以向拨号上网连接到INTERNET上的任何一个运行了相应服务器程序的PC机上传送心电数据。
图5为数据传送子程序的程序连接过程框图。通讯子程序中，先对GPRS/GSM组件写入AT指令，程序进入PPP包模式，发送LCP协议配置请求，接受LCP协议配置相应，接受网络上服务器传送过来的LCP协议配置请求，发送LCP协议配置回应，接受CHAP，PAP协议配置回应，发送NCP协议配置请求并激活IP协议，接受IPCP协议配置回应，以IP协议格式发送数据，以IP协议格式处理接收到的数据，最终建立网络连接。
图6为数据传送子程序的数据传送过程框图。发送数据程序中，发送SYN信息，接收SYN信息的回应。如果没有响应转到TCP状态机进行异常处理，如果有响应以IP，TCP协议打包数据发送。检测到是否有响应，如果没有响应转到TCP状态机进行异常处理。判断是否仍要继续发送，是的话继续以IP，TCP协议打包数据发送。不是的发送FIN信息，接受FIN信息的回应，结束发送的程序。
经过检测，改实用新型可以长时间正常的工作。用示波器观察A/D采样前的心电信号如图7所示。该实用新型可以将心电数据准确的发送到中心站。中心站的电脑中有相应的程序接收数据。中心站心电图显示的波形如图8所示。
单片机A/D转换后得到的一组数据如下所示(以16进制表示，最大值FF，最小值00)14 19 18 15 17 1B 1B 18 1A 1E 1E 1A 1C 20 20 1C1D 20 1F 1A 1B 1F 1F 1C 1E 21 1F 1D 1E 21 22 1F1B 1C 1D 1C 18 1A 1B 1B 19 1B 1D 1E 1B19 1B 1D 1E 1C 1E 1E 1E 1B 1E 1F 20 1D1D 21 21 22 1F 20 1F 1F 1B 1E 1E 1E 1B 1E 1F 20 1D1B 1D 1D 1F 1D 1F 1D 1F 1B 1E 1B 1D 1A1B 1E 1D 1F 1D 21 1E 1F 1C 20 1E 1F 1D1B 1E 1D 1F 1E 22 1E 1F 1E 23 22 22 20通过网络传输在中心站电脑上接收到的数据如下所示(以16进制表示，最大值FF，最小值00)1D 20 1F 1A 1B 1F 1F 1C 1E 21 1F 1D 1E 21 22 1F1B 1C 1D 1C 18 1A 1B 1B 19 1B 1D 1E 1B19 1B 1D 1E 1C 1E 1E 1E 1B 1E 1F 20 1D1D 21 21 22 1F 20 1F 1F 1B 1E 1E 1E 1B 1E 1F 20 1D1B 1D 1D 1F 1D 1F 1D 1F 1B 1E 1B 1D 1A1B 1E 1D 1F 1D 21 1E 1F 1C 20 1E 1F 1D1B 1E 1D 1F 1E 22 1E 1F 1E 23 22 22 20试验证明可以正确无误的传输数据。
权利要求1.具有GSM/GPRS通讯及GPS功能的心电监护仪，其特征在于它含有心电信号处理电路，以MSP430芯片为主构成的单片机，预存心电数据处理程序以及通讯协议处理程序；芯片MOBI2002构成的液晶控制电路和液晶显示屏，它们依次和所述的单片机的显示信号输出相串连；心电整形放大电路及普通心电电极，它们依次和所述单片机的心电监护电路输入端相连；所述的心电整形放大电路它由以下依次串连的电路构成前置滤波电路，前端采用芯片LM324，它的信号输入端与所述心电电极正、负电极相连，差动放大电路，采用芯片INA128，高通滤波电路，它是一个由通用运算放大器LM324及电阻，电容组成用来滤掉低频干扰信号，电平调整电路，它是由一个通用运算放大器LM324及电阻，电容组成用来把心电信号转换到MSP430片上的A/D转换器的电压输入范围，主放大电路，它是一个由运算放大器LM324和数字电位器MAX5464组成的心电信号可调的放大电路。用于调整放大倍数的数字电位器由所述的单片机控制，低通滤波电路，它是一个用MAX7414芯片组成的4阶巴特沃兹低通滤波器，其输出端与单片机的心电信号的输入端相连，右脚驱动电路，主要是由芯片MAX494构成，所述的芯片MAX494的正输入端接地，负输入端经限流电路接差动放大器的1脚和8脚。所述的芯片MAX494的输出端接人体的右腿的另一个心电电极。所述的芯片MAX494的输出端与负输入端之间并联着一个电阻和一个电容，DC-DC直流电压变换电路，它分别由芯片MAX1705和MAX828组成。所述的MAX1705和MAX828芯片皆由正常工作电压为4.5伏的锂电池供电。所选芯片的输出电压分别为+3V、+5V以及-3V；存贮电路由FLASH芯片AT45DB161B和一些电阻组成，所述的单片机的数据和时钟线的端口P3经SPI总线与所述的存贮电路的输入端相连；FALCOM C2D-SI和一些电阻构成的GPRS/GSM/GPS组件和GPS定位组件，所述的单片机的异步通讯口P3端口的两根线与FALCOM组件组成的GPRS通讯电路相连，同时所述两根线还与GPS电路的数据输出端相连；所述的单片机可经FALCOM组件用无线方式与因特网相连。
专利摘要具有GSM/GPRS通讯及GPS功能的心电监护仪，其特征在于它包括单片机、与单片机相连的GSM/GPRS协议通讯和GPS定位组件及该组件控制接口、A/D采集器、功能按键、FLASH存储芯片、预先储存在单片机内的心电数据处理程序、通讯协议处理程序，还包括通过心电信号放大器与A/D采集器相连的心电电极，以及DC－DC直流电压输出电源。本心电记录仪具有体积小，功耗低，便于携带，智能化，操作简单方便，心电数据存储容量大的特点。并可无线传输心电数据到连接到因特网上的电脑，电脑中有相应的程序接收数据。
文档编号A61B5/0402GK2688227SQ20032012967
公开日2005年3月30日 申请日期2003年12月26日 优先权日2003年12月26日
发明者白净, 张永红, 王丛知, 杨孙勇 申请人:清华大学