Liu Haihua, Lu Yao Road, Comissão Sau

(Wenzhou Medical College da Informação e Engenharia, Wenzhou, Zhejiang 325035, China)

A fim de reduzir o tamanho do equipamento, melhorar a flexibilidade do sistema, o sistema de monitorização proposto empregar sem fios pulso STC12 microcontrolador, sensores fotoeléctricos e NRF24L01 dada uma forma de realização específica do desenho de hardware e software do sistema, sistema de análise e exibição resultados operacionais. O sistema pode monitorizar em tempo real o sinal de impulso está dentro da gama de 10 m, pode ser exibido na interface, armazenamento e análise de dados, verificou-se de alarme quando o parâmetro fisiológico anormal para a monitorização do paciente, tem um valor prático.

estudos de medicina chinesa e ocidental têm mostrado que a onda de pulso é rico em informações fisiológico e patológico, desempenham um papel importante em todos os aspectos da prevenção, diagnóstico, tratamento, reabilitação e outros profissionais de saúde [1]. sinal de impulso de corrente sistema de monitorização, incluindo o sensor de tipo óptico, uma cavidade de acoplamento líquido, estirpe piezoresistivo e semelhantes [23]. Em que o acoplamento líquido, o processo de produção mais complicado e sensor de diferença interferência, a diferença entre o tempo real e de erro do sensor piezoresistivo é grande, e existe um grande sensor de pulsação de tensão não linear. Em contraste, o sensor fotoelétrico tem uma produção fácil, alta precisão, baixo custo e boa linearidade, etc., que pode ser amplamente aplicada. Além disso, o uso extensivo de fio aumenta o tamanho e a complexidade do sistema, reduzindo a portabilidade e capacidade de extensão do sistema, tornando-se, portanto, a tecnologia de transmissão sem fios mais comum [4].

Com base na análise acima, o presente design usa STC12C5A60S2 microcontrolador NRF24L01 sensor de pulso fotoeléctrica e módulo transceptor sem fio completa um sistema de monitorização do sinal de impulsos de rádio. O primeiro sistema é máquina inferior pelo circuito do utilizador extrair um processamento de sinal de impulso, remoção de ruído e de amplificação, e, em seguida, transmitidos para o circuito de transmissão sem fio é ligado ao PC receptor, o software para PC, em seguida, apresenta os dados de forma de onda recebida a partir da porta de série e em tempo real, e parâmetros (por exemplo, ritmo cardíaco, o intervalo de pulso, etc) análise, parâmetros de alarme anormais e armazenamento de dados. Este sistema não só o usuário pode ser o pulso dos diagnósticos em tempo real e análise, também pode ser usado para dados e estatísticas de acompanhamento de longo prazo de monitoramento, ajuda a controlar eficazmente o estado fisiológico do usuário, ele tem algum valor prático.

A estrutura geral do sistema é composto de seis partes: o módulo de potência, o módulo de aquisição, a unidade de controlo de microprocessador, um módulo sem fios, um módulo de comunicação em série, o mulo de computador hospedeiro. A estrutura geral do diagrama de blocos do sistema mostrado na Figura 1.

O sensor de pulso fotoeléctrica sistema front-end, o sinal de impulso do corpo humano num sinal de tensão. sinal de impulso é fraco porque o corpo (milivolt), que compreende uma interferência de frequência gama espectral, a pré-amplificação, portanto, necessário por, a filtragem passa-baixo, o processo de duas amplificação [5]. sinal inicial obtido a partir do sensor após a amplificação apropriado e processamento pelo conversor AD convertidos controlado por microprocessador um sinal analógico para um sinal digital, e, em seguida, de enviar e receber sinais sem fios através do módulo de fios implementado. módulo de recepção de dados recebe o circuito de comunicação serial à porta serial do computador, e a leitura final da porta serial é digitalizado pelo software de PC. software PC sinal em tempo real de forma de onda de pulso exibição recebeu, processamento de dados, análise e monitoramento, os dados podem ser armazenados para posterior estatística e visita. Para assegurar o funcionamento normal do sistema, em diferentes fichas, o módulo de desenho compreende ainda uma saída da fonte de alimentação de dupla tensão.

2 design de hardware do sistema

2.1 A unidade de controlo MCU

SCM é o coração do sistema, principalmente responsável por iniciar a conversão AD, para configurar a transmissão sem fio e recepção, o trabalho da máquina host e a comunicação. A usos do sistema STC12C5A60S2 microcontrolador, o qual é compatível com o código de instrução convencional 8051, a tensão de funcionamento de 3,3 ~ 5,5 V, a gama de 0 ~ 40 MHz de frequência operacional, vem 8 conversor AD de 10 bits, o processamento de velocidade do que o convencional 80.51812 vezes. sistema cristalino é o sistema mínimo microcontrolador 11,0592 MHz, fonte de alimentação de 5 V, a recolha e a frequência de conversão 100 Hz, por o de controlo de tempo, isto é, a conversão AD começa a cada 10 ms.

2.2 Módulo de Aquisição

O módulo central é um dispositivo de aquisição de sensor, o seu desempenho afeta diretamente a precisão e estabilidade de todo o sistema. Deste modo, a presente concepção utiliza excelente sensor de pulso fotoeléctrica desempenho global para completo, que pode ser dividida em duas grandes fontes de luz e um receptor de luz. A fonte de luz parte é utilizada para o comprimento de onda de 515 nm de pico do diodo emissor de luz verde, modelo AM2520; pico de luz receptor sensível é 565 nm, modelo APDS9008. De acordo com a literatura relevante, e os resultados experimentais mostram que, de 560 ~ 650 nm ondas de luz pode reflectir melhor a pele superficial arteríolas informação adequada para a recolha e análise do sinal de impulso humano [6]. Deste modo, a presente concepção utiliza o sensor pode eficazmente informações recolha do pulso, e uma elevada sensibilidade. Além disso, a gama de frequências de sinal de pulso de 0,05 ~ 200 Hz, a amplitude do sinal é pequena sinal de milivolts é susceptível a várias interferência. Assim, depois de o sensor está ligado um filtro passa-baixo e um amplificador operacional MCP6001 amplificador núcleo, o sinal de pulsação primária é amplificado cerca de 300 vezes. Ao mesmo tempo, usando a tensão de polarização DC fornecida dividindo resistências de tensão 1/2 a tensão de alimentação de energia, o sinal de saída é mais facilmente adquiridos entrada P1.7 AD porta microcontrolador pelo microcontrolador. diagrama de circuito relacionadas de um sensor mostrado na FIG.

O módulo de comunicação sem fio 2.3

transmissão de dados sem fio, pode reduzir a complexidade da flexibilidade do dispositivo, do sistema. Este sistema é implementado como o módulo central pulso NRF24L01 aquisição de dados remoto e transmissão sem fios entre o módulo receptor, trabalho semelhante pode ser encontrado na referência [7], [8]. pulso microcontrolador após a conversão AD pelo sinal digital, converte o resultado para módulo de transmissão de rádio NRF24L01. Os parâmetros de funcionamento do módulo sem fios (incluindo um canal, a potência de transmissão, a frequência de transmissão e outros parâmetros) está configurado por um microcontrolador. parâmetros de funcionamento do módulo de circuito NRF24L01 também é configurado pelo microcontrolador, e é necessário para coincidir com o final da transmissão. NRF24L01 transmitindo e recebendo módulo microcontrolador e ligado como mostrado na Figura 3.

pino CE está internamente ligado ao P1.2, CSN pino de ligação pino P1.3, SCK pino é conectado ao pino P1.1, MOSI pino é conectado ao pino P1.4, MISO pino P1. 0 pino de conexão, IRQ pino é conectado ao pino P1.6.

2,4 módulo de comunicação serial

módulo de comunicação serial é a principal responsável para os dados recebidos para o computador host, os atuais usos de design MAX232EPE realizado. Uma vez que apenas um máximo de número binário de 8 bits em série, e um conversor AD de chip único construído para produzir um 10-bit número binário, de modo a ser dividido em dados de 10 bits superiores 2 bits e 8 bits inferiores. comunicação serial clássica é fornecido, isto é, a taxa de transmissão 9, 600 b / s, a verificação de bit N, 8 bits de dados, um bit de paragem.

2.5 Módulo de Alimentação

Uma vez que os requisitos de energia do microcontrolador do sistema usado é de 5 V, e os requisitos de energia do módulo transceptor sem fio é de 3,3 V, exigindo, portanto, a fonte de alimentação do módulo de saída lata dois tipos de tensões. Em que o circuito é de + 5 V de tensão de saída é de 9 V, a potência de 9 W transformador de saída de CA, ponte rectificadora 7805 e fritas gerado; 3,3 V é fonte de alimentação de 5 V através das fichas do regulador de tensão e filtro LM1117 gerados.

3 design de software do sistema

A fim de assegurar o funcionamento normal e estável, a necessidade de bons drivers de hardware de computador mais baixos e interface de software PC. software de computador inferior do sistema é o uso do design e desenvolvimento de base-C Keil C ambiente de desenvolvimento, o principal software do PC interface usando programação linguagem de programação VB integrado.

3.1 design de software de computador menor

software de computador menor consiste nas seguintes sub-rotinas: programa de controle de conversão AD, um programa timer, transmissão NRF24L01 sub-rotina, a transmissão de série e sub-rotina recepção nRF24L01 procedimentos. sinal analógico de entrada P1.7 do microcontrolador 10, através da conversão AD precisão. Controlada pela temporização do programa de conversão AD, o temporizador do programa chega a um valor limiar estabelecido para iniciar a conversão AD, e transmite os dados convertidos após a conclusão da AD permitir que o terminal está desactivado, a frequência de início da conversão AD é ajustado para 100 Hz. NRF24L01 dois módulos são controlados por dois microcontroladores, constantemente enviar e receber dados, o microcontrolador continua a receber dados recebidos através da interface serial para o método de consulta de dados do computador host. Como um resultado da conversão AD é o número binário de 10 bits, assim, a primeira de 10 bits binário número dividido em dois de 8 bits número binário (superiores 2 bits e 8 bits inferiores antes da transmissão em série, são armazenadas em duas ADC_RES e ADC_RESL registo) pode ser enviado através da porta série.

A principal tarefa do sub-rotina é relevante NRF24L01: primeiro chip escolha, isto é, o pino P1.2 seleccionado e o conjunto de baixo, em seguida, o estado do chip, potência e outros parâmetros são configurados, tal como especificamente apresentado na Tabela 1.

fluxograma do programa de software do sistema mostrado na Figura 4.

design de software 3.2 PC

software PC usando linguagem de programação VB. A interface principal inclui uma zona de visualização de dados, teclas de atalho, parâmetros fisiológicos de exibição, a selecção de série de alarme e outras partes. Em ordem a ler os dados de exibição do porta serial, usando iplot controle (C Integração Language) como uma ferramenta de desenho. As coordenadas horizontais e verticais da intensidade de um sinal de saída pode ser ajustada automaticamente, a operação real, primeiro de dois dados recebidos obtidos por adição de uma base de dados completos, e comparando o valor obtido com diferentes tempos de picos obtida, em seguida, o tempo de gravação o método de aplicação do mesmo é determinado que o próximo pico e uma vez, uma série de estes dados são representados graficamente [9] a partir do controlo iplot.

teclas de função de atalho incluem gráficos da área de ampliação, funções de redução e armazenamento de dados, funções adicionais estão em desenvolvimento, como a impressão, dimensionamento automático, comentários, etc. Resultados parâmetros fisiológicos considerar temporariamente apenas a frequência de pulso, o algoritmo é como se segue: S 10 o acesso a dados sobre o comprimento do valor de pico detectado em cada ciclo do método descrito acima, a cinco ISI em tempo quase real média de taxa de pulso obtido [10 ]. função de seleção da porta é para atender a gestão de uma pluralidade de software PC máquina inferior circuito projetado. Embora o software só pode exibir o canal de dados de uma alteração das circunstâncias, mas reservados a função de exibição de multi-canal. Função de alarme pelo controle Label para exibir, quando o software PC para exibir dados ao longo do tempo, processamento e análise, se o parâmetro fisiológico encontrado fora do alarme gama é iniciada [11].

4 resultados de operação do sistema

PC rodando o sistema interface de software mostrado na Figura 5.

A exposição do parâmetro, compreendendo: uma forma de onda de impulso em tempo real [12], a taxa cardíaca calculada, parâmetros de alarme anormal. O software também tem a capacidade de armazenamento de dados, a fim de visitar os dados e análise estatística dos parâmetros de pulso do usuário para acompanhamento a longo prazo. Com um instrumento padrão de medição (visualização aquisição osciloscópio mostrado na FIG. 6) de comparação, de acordo com o sistema de aquisição de sinal de pulso exibe os resultados perto da mesma, desse modo, verificar simultaneamente um sinal de aquisição de máquina em baixo, o módulo transceptor sem fio funciona normalmente. Em que, para o desempenho resultados do teste indicam que o módulo sem fios, não há qualquer obstáculo no meio ambiente de 15 m2, e suavizar a transmissão de dados sem distorção, calculado de acordo com uma taxa de 100 por segundo a recolha de dados, as velocidades de transferência de dados de até 125 B / s.

5. Conclusão

Este microcontrolador desenho STC12C5A60S2, NRF24L01 sensor de pulso fotoeléctrica e módulo receptor sem fios como o núcleo, um sistema de monitorização completa para o impulso de sinal sem fios. Após o teste, o sistema pode pulsar sinal de pessoa medido exibido em tempo real no software de PC, o osciloscópio exibe os resultados com resultados normais, e o sistema é estável dentro de cerca de 15 m2. Em adição à apresentação em tempo real do sinal de impulso, o sistema também suporta a análise de dados simples (frequência e a intensidade do impulso, etc.), e pode conseguir a função de monitorização limiar de alarme ajustável. O sistema proporciona um processo prático para a pesquisa e desenvolvimento de pulso humano e outro sistema de monitorização do sinal fisiológico, tem algum valor prático e valor de referência. O próximo passo também pode melhorar ainda mais as características do sistema de hardware e software.

Referências

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[2] tinha Xiaoqing, Li Xuguang, apenas suportar política, etc. O desenvolvimento de um sensor de alta relação sinal-ruído de onda de pulso fotoeléctrica [J] com Chinese Journal of Modern Medicine, 2003, 13 (15): 7678.

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. [4] Tan Li, o valor preditivo do dispositivo portátil Zhongmin para medições antropométricas simples de risco cardiovascular [J] Heart Journal, 2013, 25 (6): 753.

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[7] Zhu Dehong, Zhang anel através do sistema de monitorização da potência de células com função de actualização remoto [J] dispositivo electrónico 2014 (4): 733736.

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[11] Desenho e Implementação de soldados sinal de pulso detector contenção Zheng [J] Automação Instrumentação, 2012, 33 (11): 7779.

[12] Xu aplicações [J] Automation 2015 (6) com base MSP430G2553 inteligente testador de pulso:. 7879.