基于藍牙通信的心電系統

徐愛唯　吳淑珊　左靜　王麒驥　余城均　趙睿

摘要：隨著科技發展和生活水平的不斷提高，人們的健康意識也在不斷提升，醫療資源不足等問題的暴露使家庭監護產品的出現和發展成為必然。為了充分發揮心電實時監護的特點，本文將詳細介紹一種基于藍牙通信協議的無線通信，將心電信號傳輸到PC端的監護系統的總體設計和主要原理，并對整體系統進行總結、展望其發展前景。

關鍵詞：藍牙；心電監護；BM101

1 選題背景

現代生活的壓力越來越大，人們的生活節奏也越來越快，很多不健康的生活方式隨之出現，心臟病、高血壓等疾病的發病率不斷升高，這種情況使人們對心電監護的需求越來越大。目前市場在售的心電監護設備主要有兩種：一是較大屏幕、運算能力較強，但這種檢測儀的體積過大，便攜性較差且價格昂貴，一般家庭無法承擔；二是較為便宜且便于攜帶，但分辨率低、運算能力較弱、網絡傳輸能力差，不利于醫療效果的實現，而且某些手執型檢測儀受運動時肌肉信號的干擾較大。這兩種監護設備都不能滿足日常家庭生活中心電監護的特點，因此設計一種便攜式、可供家庭使用的心電監護系統是十分必要的。

2 總體設計

如圖1所示，整個系統主要由信號采集模塊、藍牙通信模塊和Pc顯示端組成。由信號采集模塊中的生理傳感器檢測到生理信號，并把生理信號轉化為微弱的電信號，通過對電信號進行放大、濾波、隔離等預處理得到模擬心電信號，然后再將模擬的心電信號通過A/D轉換器得到16位數字比特流，再經過數字濾波器整理后將數字信號送入基于藍牙通信協議的通信模塊，與PC端中UART平臺相連接，最終在PC端上顯示和處理。

3 具體實現

3.1 信號采集模塊的實現

心電信號的采集利用集成芯片BM101完成，其主要由模擬前端采集模塊和數字信號處理模塊兩部分組成，通過此芯片可采集UV級到MV級不等的心電信號，并在其內部通過一系列處理得到比較清晰的數字信號。

3.1.1 模擬前端

模擬前端主要由低噪聲放大器和模數轉換器組成。傳感器接收到低振幅的差分輸入信號，由于其包含緩慢變化的直流分量，將其依次通過全集成高通濾波器和可編程低噪聲放大器進行消除和放大處理，最后將處理好的16位ADC數字比特流送入數字信號處理模塊。

3.1.2 數字信號處理模塊

16位ADC數字比特流先后通過陷波濾波器和數字低通濾波器，其中陷波濾波器特別定制用于減弱頻率在50HZ和H60HZ的信號，通常減少63dB左右；數字低通濾波器設置的截止頻率為100Hz，用于提供一個穩定的通帶截止頻率，而最終在停止頻率減少40dB，經過一系列處理得到了數據。

3.2 藍牙通信模塊

下位機與上位機的連接要依靠與心電信號接收端相連接的藍牙通信模塊和PC端上的UART平臺，因為藍牙協議的傳輸距離遠，且UART平臺具有軟件消耗小、通信協議簡單等特點，這樣心電信號可以有效且高效地在10米內傳到PC端。

3.2.1 藍牙協議

藍牙通信模塊將接收到前端傳來的心電信號，利用藍牙代替傳統有線的串口數據傳遞，大大增強了心電儀的空間移動性。

3.2.2 UART平臺

UART作為主要的數據傳輸平臺，其主要以數據包方式傳送數據，其中設置為1個起始位、8個數據位、1個停止位格式。數據包被發送為一個異步串行流，每個數據包由3部分組成，即頭文件、數據的有效載荷、CRC校驗字節。

（1）頭文件的組成。頭文件由3個字節組成，即兩個同步字節（0xAA、0xAA）和一個有效載荷長度字節。兩個同步字節用信號表示一個數據包的到達，有效載荷長度字節表示數據包的有效載荷長度。

（2）數據有效載荷。數據有效載荷本身由一系列連續的數據流組成。解析數據有效載荷是完成對所有數據流的解析過程。

（3）CRC檢驗字節。一個數據包的CRC校驗用于驗證數據包的有效載荷數據的完整性。所有接收到的數據包都要接受CRC檢驗。如果結果不匹配，將會被視為無效丟棄；如果結果相匹配，則該數據包將會被保留。CRC檢驗對心電信號顯示的準確性具有重要的意義。

3.3 PC顯示端

此次上位機部分編程采用了C語言，主要實現功能為心電信號的接收、顯示等。當啟用電腦上安裝好的藍牙驅動后，可與藍牙通信模塊相匹配，接收到實時心電數據，并實現顯示功能，具體運用面向對象的方法設計出一個“隊列”。

4 總結與展望

整個系統從設計到實現的過程得到了很好的實現，但是這僅僅實現了采集心電的一個方面，今后可將人體的其他生理參數，如呼吸、體溫、脈搏等都利用無線通信傳遞到PC端，對人體的健康實現全面監控。