CN201033074Y - 便携式心电无线监护仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型是便携式心电无线监护仪，属于电子医疗仪器研制开发技术领域。主要包括有心电采集模块(1)、放大滤波处理模块(2)、微控制器(3)、键盘(6)和GPRS无线模块(7)，放大滤波处理模块(2)将心电采集模块(1)采集到的心电信号放大、滤波后送入微控制器(3)，键盘(6)控制微控制器(3)开始采集心电信号，每隔2～5秒钟对心电信号进行一次ECG检波分析，若心电异常，蜂鸣器(8)响起，若在6～10秒钟内蜂鸣器(8)的报警没有被接触，微控制器将通过GPRS无线报警模块(7)发送短消息给监护终端。本实用新型采用单片机和GPRS无线模块进行报警，使监护仪具有体积小、功耗低、运行稳定可靠等优势。

Description

便携式心电无线监护仪

技术领域

本实用新型是便携式心电无线监护仪，属于电子医疗仪器研制开发技术领域。

背景技术

众所周知，心血管疾病已经是威胁人类生命健康的第一大杀手。据WHO报告，每年因心血管疾病导致死亡的人有1750万，心血管疾病为首位死亡原因，约占各种原因死亡的30％。预计到2020年，死于心血管疾病的患者将达到2500万人。在我国，心血管病的患病率、发病率及死亡率也呈不断上升趋势，其死亡人数约占总死亡人数的40％。心脏病具有突发性、难预测、死亡率高等特点，因此对患者的心电信号进行实时监测显得尤为重要。而目前由于人们生活方式的改变及社会竞争激烈等因素，心血管疾病的发病率不断上升，并且具有低龄化的趋势，大部分患者需要能够随时提供心电监护的仪器，并且使其工作和生活不会受到影响。目前的大多数心电监护仪成本较高，操作复杂，不宜在家庭中普及；由于采用有线的通讯方式，只能应用于固定环境或小活动范围，达不到动态监护的目的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于研制一种应用于家庭的便携式心电无线监护仪，能够实时采集、分析及报警。其可以通过佩戴的便携式仪器，对心电信号进行实时监测、分析，并对心率失常情况给予诊断及报警，当患者在规定时间内无法解除此报警时，监护仪可以通过无线模块向监护终端发送短消息，争取宝贵的救治时间。

为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。主要包括有心电采集模块1、放大滤波处理模块2、微控制器3、液晶显示模块4、电源模块5，放大滤波处理模块2将心电采集模块1采集到的心电信号放大、滤波后送入微控制器3，其特征在于：还包括有与微控制器3相连接的键盘6和GPRS无线模块7，键盘6可以控制微控制器3开始采集心电信号，并每隔2～5秒钟对心电信号进行一次ECG检波分析，ECG检波得出的心率送至液晶显示模块4显示，若心电异常(如心率过速或过缓)，蜂鸣器8响起，通过键盘6可断开蜂鸣器与微控制器3的连接，若在6～10秒钟内蜂鸣器8与微控制器3没有断开连接，微控制器将通过GPRS无线报警模块7发送短消息给监护终端。

所述的键盘6包括有与微控制器3的输入输出口相连接的S1、S2、S3、S4四个按键，按键S2的按下可控制微控制器3开始采集心电信号，按键S3可根据液晶显示模块4所显示的心电信号波形来调整其幅值，按键S4按下使微控制器3每隔2～5秒钟对心电信号进行一次ECG检波，蜂鸣器响起时，按下确认键S1，则确认心电信号并非真正异常，通过软件设置蜂鸣器与单片机断开即解除报警。

所述的微控制器3为16位单片机MSP430。

仪器可以使用锂电池或交流电源供电，通过电源电路将输入电压转换为所需要的电压。

本实用新型采用超低功耗16位单片机MSP430作为***内核和GPRS无线模块进行报警，使监护仪具有体积小、功耗低、运行稳定可靠等优势。该监护仪成本低，便于携带，大大提高了心电监护仪的应用范围。

附图说明

图1：***流程图；

图2：心电无线监护仪***原理结构框图

图3：心电信号放大滤波电路结构图

图4：监护仪数字部分电路图

图5：电源电路图

图6：脉搏信号放大滤波电路图

具体实施方式

下面结合图1～图6详细说明本实施例。

本实施例主要包括有心电采集模块1、放大滤波处理模块2、微控制器3、液晶显示模块4、电源模块5、键盘6、GPRS无线模块7，键盘6包括有与微控制器3的输入输出口相连接的S1、S2、S3、S4四个按键。其中，放大滤波处理模块2将心电采集模块1采集到的心电信号放大、滤波后送入微控制器3。键盘6可控制微控制器3进行心电信号的采集，并对采集结果进行ECG检波分析，得出实时心率，若心率常，则报警，若报警在10s中内没被解除则启动GPRS无线报警模块向监护终端发送短消息。

本实施例的便携式家庭心电无线监护仪以美国德州仪器公司的超低功耗16位单片机MSP430F449作为控制核心，MSP430F449单片机内置一个八通道的12位A/D转换器，因此不需要外加ADC芯片，同时还含有两个通用同步/异步串行通讯接口，使接口电路的设计更加简单，集成度更高，仪器的体积大大减少，增强了监护仪的便携性。

本实施例的心电无线监护仪的通信方式采用GPRS无线模块，通过现有的、成熟的GSM网进行通信，只要GSM网覆盖到的地方都能应用。因此扩大了患者的活动范围，使得患者的生活质量得以提高。在本监护仪中，无线通讯模块采用的是西门子公司的GSM/GPRS无线模块MC55，它是当今市场上尺寸最小的三频模块，其紧凑型设计特别适用于便携式设备。该模块体积小(5.5g)，功耗低(峰值电流450mA)，控制简单，内置AT指令集、TCP/IP协议。在单片机的控制下，利用现有的GSM网络进行信号的处理和传输，从而实现远程无线监护的目的。MC55模块可以快速可靠地实现数据和语音传输、短消息以及传真服务等无线通讯功能。它提供一个50管脚的零***(ZIF)连接器，该连接器中包括了电源接口、串行接口、音频接口、SIM卡接口等几个子接口，可以通过这些接口分别与SIM卡座、天线及主控制器相连。

本实用新型的心电监护仪的数字部分电路图如图4所示。键盘是人机对话的输入设备，借助键盘可以向***设置参数，发出控制命令等。在键盘扫描时，首先根据读出的P1端口的P1.4、P1.5、P1.6、P1.7中哪个口线输入的值不为1来确定按键位于哪一列，然后检测P1.3的值是否为1，因为设计中只用到4个按键且在同一行，所以如果P1.3的值为1说明按键即是此列按键，从而确定按键的位置，执行相应的操作。其中，S1为确认键、S2为选择键，S3为波形调整键，S4为检测键。进行心电无线监测时，首先通过电极从人体上取得心电信号，送入前置放大滤波器，经过模拟放大电路的放大、滤波处理之后进入单片机，按下确认键S1后，液晶显示模块将显示菜单界面，此时可以按下采集键S2选择采集心电信号，然后按下确认键S1，则利用单片机内部的ADC12转换模块对模拟信号进行模数转换，并且将采集到的波形送到液晶显示器上显示。由于个体差异，可以根据所显示的心电信号的幅值通过S3来调整波形大小，待波形稳定后，按下检测键S4，则每隔3s进行一次ECG检波分析，得出实时心率并显示，从而判断心率是否失常，如果产生心电异常立即报警，若在8秒钟内没有按下确定键S1解除报警时，启动GPRS无线报警模块向监护终端发送短消息。

如图4所示，J_LCD为LCD显示器接口插座，点阵式液晶显示器除可以显示字符外，还可以显示各种图形信息、汉字等，本实施例中的液晶显示模块4采用RT12864CT点阵式液晶显示器，液晶显示器RT12864CT是一个128×64点阵显示模块，EL背光，可以显示图形和文字。

如图4所示，U6为RS232串行接口芯片MAX3232，J2为串行接口插座，可通过此串行接口与MC55无线模块进行通信。由于MSP430的信号电平只有3.3V，所以选用MAXIM公司新推出的3.3V逻辑电平转换芯片MAX3232来完成电平转换，把MSP430串行输出的CMOS电压转换为标准的RS-232-C逻辑电平。JTAG为JTAG调节接口插座，通过此插座与PC机相连，实现程序的在线调试与下载。

为了使监护仪便于携带，研制的心电无线监护仪可以采用+3.7V锂电池供电，由于MSP430单片机以及相应数字部分的器件采用低电平，所以需要设计为+3.3V电源供电，而监护***中放大滤波电路等模拟部分采用的运算放大器等是±5V电源供电的。因此，我们需要把供电电压转换成+3.3V、+5V和-5V，以供给MSP430单片机及其模拟、数字电路部分。电源电路如图5所示，主要采用凌特公司的电源管理芯片LTC3441和LT1613和MAXIM公司的产品MAX860。LTC3441是一款高效率、固定频率的降压-升压型DC/DC转换器，它能在输入电压高于、低于或等于输出电压的条件下进行高效操作。静态电流仅为25μA，符合本***的低功耗设计，从而使得该产品成为输出电压处于电池电压范围内的单节锂离子电池应用或多节电池应用的理想选择。突发模式操作由用户来控制，并可通过驱动MODE/SYNC引脚至高电平来使能。如果MODE/SYNC引脚被驱动至低电平或具有一个时钟，则固定频率开关操作被使能。LTC3441的典型工作电路如图5所示，输入电压为+3.7V，输出电压为+3.3V。LT1613是业界第一个采用5引脚SOT-23封装的电流模式DC/DC转换器。它针对小型、低功率应用，可在低至1.1V的输入电压下工作，开关频率为1.4MHz，得益于它的小尺寸和高开关频率，用户仅需小于0.2平方英寸的印刷电路板面积就能实现完整DC/DC转换器功能。该器件能够从3.3V的电源中产生5V电压和200mA电流，或者从四节碱性电池产生5V电压和175mA电流。LT1613的典型工作电路如图5所示，输入电压为+3.3V，输出电压为+5V。MAX860可以将输入范围在+1.5V至+5.5V的电压对等的转换为相应的负电压(即-5.5V到-1.5V)，或者将输入范围为+2.5V至+5.5V的电压变换为双倍输出，在本设计中应用其可输出负压的功能，即将+5V转换为-5V的电压。

心电信号放大滤波电路如图6所示，它是由前置放大电路、主放大电路、带通滤波器、电平提升电路和限幅电路组成。电路中共使用了两片14脚IC芯片TL084、一片8脚IC芯片AD620和一片20管脚的带通滤波器芯片MAX275。从传感器提取的心电信号的电压幅值只有几毫伏，因此根据心电信号特点及设计要求，通常要求心电放大器应具有几百至上千倍的放大倍数。本设计中ECG放大电路第一级采用了AD公司的高性能运放AD620，它是一种只用一个外部电阻就能设置放大倍数为1～1000的低功耗、高精度仪表放大器。电源范围宽(±2.3V～±18V)，设计体积小，功耗非常低(最大供电电流仅为1.3mA)，因而非常适合用于传感器接口、心电图监测仪、精密电压电流转换等低电压、低功耗的场合。同时心电信号易受到高频干扰和50Hz市电干扰，所以电路中采用一个0.05～100Hz的带通滤波器及50Hz陷波电路，消除50Hz工频干扰，抑制其它高频噪声。由于采集到的心电信号是双极性信号，而MSP430单片机内部的A/D模块只能对单极性信号进行转换，所以要将模拟信号进行电平提升，使其波形处于正区间，因此设计一个电平提升电路来提高模拟心电信号的电压。同时，为了使心电信号不超出A/D模块的参考电压范围，还需要设计限幅电路来限制模拟信号的动态电压范围。

利用本监护仪我们进行如下测试。开机上电后，首先出现欢迎界面，表明仪器进入正常工作。从发生器中提取各种心电信号，按下确认键S1后，液晶显示器将显示是否采集心电信号，此时可以按下采集键S2，则利用单片机内部的ADC12转换模块对模拟信号进行模数转换，并且将采集到的波形送到液晶显示器上显示。因各人体情况不同，心电信号的幅值大小可能有所不同，因此可以通过调节按键S3来调整所显示的波形幅值的大小，以达到最佳波形。在调整好波形并达到稳定后，按下检测键S4，则每隔一段时间(3s左右)进行一次ECG检波分析，得出实时心率并显示，从而判断心率是否失常，如果产生心电异常立即报警，若在一定时间内无法按下确定键S1解除报警时，启动GPRS无线报警模块向监护终端发送短消息。

实验完成后，将检测结果与心电信号发生器所产生的心电波形的实际参数进行对比，其结果如表1所示。可见检测结果的心率参数基本上与实际产生的心电信号参数一致，这反映了***的准确性。

测试结果表明：本心电监护仪操作简单，工作稳定，能对心电信号并进行实时监护并报警。

表1检测结果比较

Claims (3)

1.便携式心电无线监护仪，主要包括有心电采集模块(1)、放大滤波处理模块(2)、微控制器(3)、液晶显示模块(4)、电源模块(5)，放大滤波处理模块(2)将心电采集模块(1)采集到的心电信号放大、滤波后送入微控制器(3)，其特征在于：还包括有与微控制器(3)相连接的键盘(6)和GPRS无线模块(7)，键盘(6)可以控制微控制器(3)开始采集心电信号，并每隔2～5秒钟对心电信号进行一次ECG检波分析，ECG检波得出的心率送至液晶显示模块(4)显示，若心电异常，蜂鸣器(8)响起，通过键盘(6)可断开蜂鸣器与微控制器(3)的连接，若在6～10秒钟内蜂鸣器(8)与微控制器(3)没有断开连接，微控制器将通过GPRS无线报警模块(7)发送短消息给监护终端。

2.根据权利要求1所述的便携式心电无线监护仪，其特征在于：所述的键盘(6)包括有与微控制器(3)的输入输出口相连接的S1、S2、S3、S4四个按键，按键S2的按下可控制微控制器(3)开始采集心电信号，按键S3可根据液晶显示模块(4)所显示的心电信号波形来调整其幅值，按键S4按下使微控制器(3)每隔2～5秒钟对心电信号进行一次ECG检波，蜂鸣器响起时，按键S1的按下可断开蜂鸣器与微控制器(3)的连接。

3.根据权利要求1所述的便携式心电无线监护仪，其特征在于：所述的微控制器(3)为16位单片机MSP430。

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