基于ARM9的遠程多參數監護儀的設計

劉露 艾信友 曾研 范兵兵

摘? 要：本設計為一種基于STM32和Android的多參數生理信號采集、處理、藍牙傳輸、存儲和顯示裝置，與上位機實現無線通信，對多種生理參數進行實時監測。

關鍵詞：STM32;Android;多生理信號采集;便攜設備

中圖分類號：R197.39? ? ? ?文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）14-0084-02

Abstract： This design is a multi-parameter physiological signal acquisition， processing， Bluetooth transmission， storage and display device based on STM32 and Android， which realizes wireless communication with the host computer and monitors a variety of physiological parameters in real time.

Keywords： STM32; Android; multi-parameter physiological signal acquisition; portable equipment

引言

目前市場上的監護儀種類繁多，以邁瑞公司的MEC1000 系列為例，機型一體化便攜式4通道參數顯示，但是體積318*154*264mm，重量高達6.4kg。當前多參數生理信號監護系統具有性能差、體積大、功耗大等缺點，遠遠不能滿足便攜式的要求。現代醫療設備朝可穿戴方向發展，便攜、低耗能、多功能是大勢所趨，具有良好的發展前景。

1 系統概述

本系統采用STM32F103C8T6作為下位機主控，前端采用多種生理傳感器和集成化模擬器件組成;完成多參數生理信號采集、處理、藍牙傳輸、存儲和顯示裝置。上位機通過藍牙連接，采用ExynosCortex-A9主控芯片，以Android為系統平臺，實現對各種信號波形的顯示、計算、存儲、建立大數據庫和分享數據等。具體系統結構框圖如圖1所示。

2 硬件設計

該系統的硬件由系統供電、心電測量、呼吸測量、脈搏測量、體溫測量、血氧測量、藍牙傳輸電路組成。主要硬件電路設計如下：

2.1 心電測量電路

模擬前端采用的是AD公司的AD8232系列產品。AD8232 是一款用于ECG及其他生物電測量應用的集成信號調理模塊。該器件設計用于在具有運動或遠程電極放置產生的噪聲的情況下提取、放大及過濾微弱的生物電信號。該設計使得超低功耗模數轉換器或嵌入式微控制器能夠輕松地采集輸入信號。

2.2 脈搏測量電路

采用光電容積法測量，其基本原理是利用人體血液在血管搏動時造成透光率不同來進行脈搏測量的。脈搏隨著心臟的搏動而周期性變化的信號，動脈血管容積也是周期性變化，因此光電變換器的電信號變化周期就是脈搏率。

2.3 呼吸測量電路

采用高精度熱敏電阻，根據人體呼吸鼻腔溫度變化來進行呼吸頻率的測量。其測試方法具有功耗低、靈活方便等優點。

2.4 藍牙傳輸電路

藍牙模塊選擇XM-15B藍牙串口模塊，實現無線傳輸數據。

3 軟件設計

本系統采用STM32F103C8T6作為下位機主控，完成多種生理參數采集、處理、藍牙傳輸、存儲和顯示裝置。（以藍牙數據傳輸為例流程圖見圖2）

3.1 心電、脈搏、呼吸采集

通過STM32F103內置的12-BitADC對心電信號進行實時采樣，將其映射到內置的DMA功能模塊，無外部觸發信號，連續轉換，大大減少了占用CPU的時間。設置定時器設置時長為2ms，觸發一次定時器中斷，即采樣頻率為500Hz，對其進行多通道連續掃描，掃描值存入對應緩沖區進行濾波、計算、顯示等。

3.2 血氧、體溫算法

血氧和體溫都通過IIC通信協議與單片機進行通信。MX3010XSpO2測量采用兩種不同的波長LED來識別氧合血紅蛋白與脫氧血紅蛋白和紅外發光二極管用于確定分離PPG信號，軟件部分采用IIC協議與MAX30102芯片進行數據通信。

4 界面顯示

在波形顯示界面首先進行程序初始化，設置各控件的響應函數，對相關控件進行監聽。然后獲取連接藍牙傳輸的數據流，開啟實時波形畫圖線程和生理參數顯示更新線程，在實時波形畫圖線程中，主要完成獲得藍牙接收數據，判斷是否為波形數據，然后將波形數據在SurfaceView上畫出來，實時波形顯示圖如圖3所示。

5 系統功能測試

分別用信號發生器以及人體對本裝置進行測試，測試結果如表1、表2、表3所示：

6 結束語

該遠程多參數監護儀能對多種生理參數進行實時監控和存儲，硬件電路簡單、耗電量低、各項性能穩定，具有較高應用價值。

參考文獻：

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