基于无线传感器网络的心电监护系统控制软件设计new

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1、http://www.paper.edu.cn基于无线传感器网络的心电监护系统控制软件设计王春永，饶妮妮电子科技大学生命科学与技术学院，成都（610054）摘要：日常的心电监护是保证病人生命安全的重要手段，我们基于无线传感器网络技术研制了一个心电监护系统，该系统利用nRF24E1无线传输芯片实现心电信号的无线收发。本文首先介绍了整个监护系统的硬件框架；接着，给出了在系统硬件平台上设计的整个系统控制软件，其中，后台控制软件通过驱动相关硬件资源来确保硬件系统能够按照要求良好、可靠的工作，是系统中的核心软件。前台显示软件为客户提供一个方便、快捷的心电信息处理平台，帮助医生随时掌控病人的心电信息

2、，同时，提取重要心电参数以供辅助诊断；最后，分析和总结了实验结果。关键词：无线传感器网络；心电监护系统；nRF24E1；控制软件1.引言心血管疾病是现代工业社会中对人类生命威胁最大的疾病，我国城镇中现有4000多万冠心病患者。由于心脏病发病时具有很大的突然性，失去了早期的宝贵诊断救治时间，导致疾病进入晚期，甚至当场发生心脏猝死，造成高额医疗费用，给家庭和社会带来沉重经济负担。因此日常的心电监护就成为保证病人生命安全的重要手段，通过日常监护预先发现异常征兆，及时给与救治。[1-2]目前，国内外的心电监护系统可分为有线和无线监护两种，医院所使用的心电监护方法大多使用固定的医疗监护仪，连接设备

3、将传感器探头连接在病人与监护设备之间进行进行信号的传递，复杂的设备和众多的连线不仅造成了病人行动不便而且会影响病人的情绪；而无线监护系统多采用付费认证的蓝牙技术或基于无线局域网，价格昂贵，普及度较低。无线监护系统的便携性能够消除监护过程给病人带来的不便。但是这对设备的尺寸提出了较高要求，而小尺寸的电路又势必与电路性能之间存在矛盾。针对以上问题，我们以低成本、小尺寸、高性能为要求设计开发出一种基于无线传感器网络的心电监护系统。设计中利用无线通讯技术，将采集的数据由测量站直接无线发送到主控站。采用[3]nrf24E1射频集成芯片进行数据采集与无线数据传送，设备体积小，方便快捷的实现了PC对生

4、命体信号的实时采集、监控。本系统中的后台控制软件通过驱动相关硬件资源来确保硬件系统能够按照要求良好、可靠的工作，是系统中的核心软件。前台显示软件为客户提供一个方便、快捷的心电信息处理平台，帮助医生随时掌控病人心电信息，同时，提取重要心电参数以供辅助诊断。2.系统硬件平台该心电监护系统是基于无线传感器技术构建，系统的总体框架结构如图1所示。-1-http://www.paper.edu.cnnRF24E1射频发射芯片放心大ADC8051nRF2401电滤MCU电波极电路PCMAX3218nRF24E1射频接收芯片图1系统总体框架图[4]整个系统主要包括三部分：心电采集与放大电路、无线发送电

5、路和无线接收电路。心电采集与放大电路由心电电极、放大滤波电路组成，完成心电图的采集与放大工作。心电电极传感器将心电生理信息变为电信号，经放大、滤波等处理后输入到发射端。无线发送、接收部分主要两片nRF24E1芯片、EEPROM、晶振和印刷天线组成。发射端经过nRF24E1将信号转换为数字信号，经调制后发射出去；无线收发模块之间的通信采用印刷天线，无线接收模块与主机间采用RS232C接口进行串行通讯；接收端将接收到的信[5]号解调，解调信号经MAX3218进行电平转换，然后通过RS232串口将信号送给PC机处理与显示。3.控制软件设计系统中数据的采集、无线传输的控制、采样数据的动态显示和存

6、储均由软件来实现。我们整套软件分为前台程序和后台程序，即前台数据处理应用程序和后台硬件管理程序。后台程序包括无线通信程序和串行通信两方面，实现对无线采集发射模块和无线接收模块的配置和工作过程的控制。前台程序完成数据处理并提供用户界面接口，实时显示数据，完成数据的处理存储等功能。3.1后台程序3.1.1无线通信程序在本系统中，无线模块的收发程序，主要通过配置nRF24E1寄存器来完成。程序语言采样C51语言编写，编译环境为KeiluVision3。nRF24E1的无线收发功能由RADIO口来控制。RADIO口使用标准8051中的P2口，由于射频收发器是片内内置的，所以不能双向工作。为了满足

7、射频收发子系统的需要，RADIO口的默认值与标准8051的P2默认值也不相同。收发器由特殊功能寄存器的RADIO(0A0H)和SPI_CTRL(0B3H)控制。具体控制字如表1所示。-2-http://www.paper.edu.cn表1特殊功能寄存器配置字SRF地址R/W#bit初始值名称功能A0R/W880RADIOnRF24E1无线子系统的主要I/O口00——不使用SPI01——SPI与端口一相连B3R/W20SPI_CTRL