多参数无线监护系统的研究和设计

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在现代医疗系统中,医疗监护仪已经成为医护人员诊断、治疗和抢救病人的重要设备,对伤病人员进行多项生命特征的监测有利于对其进行及时有效的治疗处理。然而,目前大部分医疗监护系统都是有线的床边监护,病人在被监测时不能自由活动,这种监护方式对于重症患者不会有很大影响,但对于处在恢复期原本可以自由活动的病人,则非常不便。此外,如果患者是传染病患者如SARS患者,由于医护人员在进行监测时要和病人近距离接触,因而大大增加了医护人员被传染的可能性。另外,传统的医疗监护系统大都功能单一,一般只对某一项生理参数进行监测,如果要监测多项参数,就必须用不同功能的多台监护仪分别监测。由上述可见,传统医疗监护系统存在着种种弊端,这就迫切需要一种既能够对病人的多项生命参数进行监测,而又无需与其接触的监护方式。本文针对传统医疗监护系统的种种弊端,设计了一种新型多参数无线医疗监护系统。本文所介绍的系统主要由多生理参数数据采集与处理单元、无线数据通信与控制单元、中央控制和显示等单元组成。系统工作时,前端收发模块接到中央控制单元发出的监测指令(不同的生命参数对应不同的指令)后,其对应的综合信号采集单元由MCU控制对人体生理信号进行采集并将其转换为电信号,电信号经过处理及A/D转换后,通过无线传输模块将数据发送出去,后端收发模块对前端发出的结果数据进行接收,然后由其综合信号处理单元对接收到的数据进行处理,处理之后的数据传送给处理显示部分,处理显示部分在中央控制单元的作用下,对监测到的结果进行实时的图形化显示,同时存入数据库供随时回放。系统在设计上采用模块化设计思想,本文详细介绍了该系统的软、硬件设计过程,并详细介绍了以PTR2000为基础实现系统无线数据通信的过程。在硬件部分,本文先介绍了心电、血压、呼吸、体温等四个数据采集及处理模块的工作过程和原理,并在其中详细介绍了心电信号的采集、前置放大、滤波、主放大以及AD转换和存储的原理和设计过程;然后介绍了本监护系统的重要部分——无线数据通信系统的实现所依赖的硬件,该系统采用收发一体的无线数据传输模块PTR2000来实现,该模块具有体积小巧、功耗低等优点,这里详细介绍了PTR2000的工作原理、特性、引<WP=52>脚和功能以及利用该模块实现无线传输功能的接口电路,并介绍了以该模块为基础,采用查询方式实现本系统的无线传输这一核心功能的过程;最后在中央控制及显示部分,介绍了对单片机接收到的数据进行处理和显示的硬件部分的设计和实现,并介绍了接收数据用到的串口电路和异步传输的数据格式。本系统采用PTR2000无线数据收发模块实现无线数据通信,因此本文详细介绍了PTR2000无线通信协议的原理和设计思想,介绍了该协议在本系统中应用时,所进行的打包、编码、发射、传播、接收、解码以及纠错等工作过程。PTR2000系列无线高速MODEM为工程师设计无线产品提供了较好的解决方法,其应用非常简便,以至于可以忘记它是一个无线电器件,然而一些外部的因素会对数据的传输产生影响,因此需要采用有效的办法来确保通信。协议的第一件事就是对噪声和有效数据进行识别,通过测试和实验,发现字节0xFF后紧跟字节0x00在噪声中不容易发生,所以传输协议在每个要传输的数据包前加开始字节0xFF后跟0。采用模块化软件设计思想,本系统的软件分为控制模块、后端收发模块、前端收发模块和处理显示模块。本文详细介绍了各个模块的功能、软件流程图以及主要设计和实现,并列出了用C编写的主要接口函数,给出了VC编程实现的终端可视化操作及显示界面;每个模块除完成相应功能外,还为其相邻模块提供了接口,这样,系统工作时,首先从控制模块到数据采集模块形成了指令流,当数据采集模块根据指令对数据采集后,又从数据采集模块到处理显示模块形成了数据流。在系统各软件功能模块的作用下,向相反方向传递的指令流和数据流是多参数无线医疗监护正常工作的主线,保证了系统的正常工作。对于本系统涉及到的硬件部分,我们做了大量理论研究,并设计出一套可行的系统架构,对于软件部分,我们实现了系统控制和数据动态实时显示部分。本系统在设计上具有结构清晰、便于实现的特点,另外由于设计思想的先进性和采用的核心技术及硬件的先进性,该系统具备了无线性、多参数性、数据准确性和易用性等特点,很好的克服了传统医疗监护系统的缺陷,实现了本文的研究目的。
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