CN100593800C - 基于gprs网络的远程监护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于GPRS网络的远程监护系统。包括数据采集端、系统监护平台和手机终端，数据采集端通过GPRS网络与系统监护平台连接。数据采集端采集患者的脉搏压力数据，并通过GPRS网络发送给医院的系统监护平台。系统监护平台分析计算出脉搏频率和血压值数据，存入患者数据库，并以短信的形式发送到患者和医生的手机上。本发明可实现病人随身监护、远程监护，帮助医护人员对患者病情进行监测和防护。

Description

基于GPRS网络的远程监护系统

技术领域

本发明涉及远程监护系统，尤其是涉及一种基于GPRS网络的远程监护系统。

背景技术

随着社会进步的进步和科学技术的发展，人们对医疗保健越来越重视。近年来，面向家庭、个人的远程医疗监护系统逐渐成为医疗技术领域的热点。个人远程医疗监护系统可以节约患者的金钱和时间，提高诊治效果；促进医务人员与患者以及医务人员之间的交流与合作，提高医院的服务水平；尤其是在为边远地区以及疑难病患者的诊治、突发公共卫生事件的应对等方面表现出明显的优越性。

传统的医疗监护方式给患者带来很多不便。一种方式是患者在医院，使用医院里的医疗设备对身体进行检查。这使得生理数据的监测和诊断不及时，不方便。特别对于边远地区的人，往往当地没有很好的医院可以提供很好的身体检查和诊断服务。针对这个问题，市场上出现了一些面向家庭使用的便携式监测装置，如腕式血压仪等等。这一类设备使得病人可以在家里监测身体状况，及时方便。但这类设备有两个缺点：1，参数的诊断在测量仪器上进行，这必然导致了测量仪器的成本高，或者是测量诊断结果不精确；2，测量结果保存在测量仪器上，这使得数据不能得到有效、方便地得到存储和管理，而这些数据对于以后的疾病诊断有非常重要的参考价值。

发明内容

为了克服以上技术的不足，本发明的目的在于提出了一种基于GPRS网络的远程监护系统。它利用GPRS通讯技术配合单片机开发，从整体的角度综合设计数据采集端、系统监护平台和移动终端，达到足不出户看病、监测病情和接收反馈信息的监护效果。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于GPRS的远程监护系统，包括数据采集端、系统监护平台和手机终端；数据采集端通过GPRS网络与系统监护平台相连接，系统监护平台通过GSM网络与手机终端连接。

所述数据采集端，包括主控制模块、GPRS模块、传感器模块和压力控制部分；GPRS模块的串行口通讯端与主控制模块的串行口通讯端连接；传感器模块的信号输出端与主控制模块的A/D输入端连接，传感器模块的参考电压输入端与主控制模块的参考电压输出端连接；压力控制部分的压力泵控制信号输入端与主控制模块的压力泵控制信号输出端连接，压力控制部分的气阀控制信号输入端与主控制的D/A输出端连接。

所述系统监护平台，包括服务器端软件和短信发送模块；服务器端软件包括网络模块、诊断模块、数据库模块和客户端界面；服务器端软件运行在服务器计算机上；服务器计算机通过串行口与短信发送模块连接。

本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：

采用GPRS技术代替传统的有线传输，实现了远程监护，使患者在家里就可以进行脉搏血压的测量；监测数据传输到医院的服务器上，并集中保存在患者生理数据库中，便于管理。数据诊断在医院服务器上进行，运算能力比传统便携式设备强，诊断结果更加可靠。诊断结果通过短信发送给患者和医生，方便及时。

附图说明

图1是基于GPRS网络的远程监护系统结构框图。

图2是数据采集端模块连接图。

图3是数据采集端电路原理图。

图4是数据采集端工作流程图。

图5是系统监护平台结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

图1是基于GPRS网络的远程监护系统结构框图。基于GPRS网络的远程监护系统包括数据采集端、系统监护平台和手机终端，数据采集终端通过GPRS网络与系统监护平台连接，系统监护平台通过GSM网络与手机终端连接。系统监护平台包括服务器端软件和短信发送模块。

(1)数据采集端

数据采集端采集患者的脉搏压力数据，并通过GPRS网络将脉搏压力数据发送给系统监护平台。其功能包括：接受患者的检测请求，在患者按键后开始测量；控制腕带气压，并通过气压传感器检测脉搏压力信号；采样脉搏压力信号，并压缩、加密，生成脉搏压力数据；通过GPRS模块将脉搏压力数据发送到系统监护平台。

图2是数据采集端模块连接图。数据采集端包括主控制模块、GPRS模块、传感器模块和压力控制部分。AMP_OUT是传感器模块的模拟信号输出，连接到主控制模块的A/D输入端AIN0.1。传感器模块的参考电压输入端VREF连接到主控制模块的参考电压输出端VREF。主控制模块的压力泵控制输出端P7.0连接到压力控制部分的压力泵控制输入端PUMP_CTL。主控制模块的气阀控制输出端DAC0连接到压力控制部分的气阀控制输入端VALVE_CTL。主控制模块的串行通讯口COM连接到GPRS模块的串行通讯口COM。

图3是数据采集端电路原理图。

主控制模块包括单片机、串行通讯电平转换电路、按键电路、led指示电路。单片机型号为C8051F040。串行通讯电平转换电路采用max3232芯片。单片机的P0.0口连接到max3232的TXD输入端；单片机的P0.1口连接到max3232的RXD输出端。按键电路包括一个按键开关，按键开关的一端连接到+3.3V电源，另一端通过电阻R9接到数字地线，并连接到单片机的P5.4口。Led指示电路包括两个led指示灯，两个led的指示灯的负极分别连接到单片机的P6.0和P6.1口。

GPRS模块采用SIM300模块。GPRS模块的串行通讯口与主控制模块的串行通讯口连接。

传感器模块包括传感器和放大电路。传感器采用BP315气压传感器。放大电路采用AD623仪表放大器。BP315的信号输出端正极VO+连接到AD623的正输入引脚3；BP315的信号输出脚端负极VO-连接到AD623的负输入引脚2。AD623的信号输出脚6与主控制模块的单片机A/D输入脚AIN0.1连接。AD623的参考电压输入端5与主控制模块的单片机参考电压输出端VREF连接。

压力控制部分包括腕带、压力泵、气阀、压力泵驱动电路和气阀驱动电路。压力控制部分通过压力泵给腕带充气加压，通过气阀给腕带放气减压，控制腕带内气压的大小。压力泵的电机为直流电机，输入线正极与+4.5V电源连接，输入线负极与压力泵驱动电路的电流输出端PUMP_OUT连接。气阀的输入线正极与+4.5V电源连接，输入线负极与气阀驱动电路电流输出端VALVE_OUT连接。压力控制部分的压力泵控制输入端PUMP_CTL与主控制模块的单片机的P7.0口连接。压力控制部分的气阀控制输入端VALVE_CTL与主控制模块的单片机的DAC0口连接。

数据采集端采用4.5V干电池供电。LM1117-33将4.5V电压转换为3.3V电压，给单片机供电。

图4是数据采集端工作流程图。数据采集端启动后处于等待患者按键状态。患者将腕带戴在手腕上，并按键开始一次测量。首先，压力控制部分打开压力泵，关闭气阀，开始充气加压过程。充气加压过程中传感器模块测量腕带内气压的大小。如果腕带内气压与大气压的差值大于上限值220mmHg，压力控制模块关闭压力泵，开始减压测量过程。减压测量过程中传感器模块测量腕带内空气压力，单片机进行A/D采样得到A/D转换值，并进行压缩，生成带压缩的A/D采样值，存储在单片机片内RAM里。当腕带内气压与大气压的差值小于下限值20mmHg，压力控制模块打开气阀放气，减压测量过程结束。单片机对单片机片内RAM里存储的带压缩的A/D采样值以及数据采集端标识号进行加密，生成带加密的数据信息。数据采集端通过GPRS模块将带加密的数据信息传输给系统监护中心。最后，在传输成功或者失败后，数据采集端控制led指示灯显示传输结果是成功还是失败。

单片机的A/D采样频率为20次/秒，采样精度为12位。

数据采集端的A/D采样值压缩采用差分压缩算法。从第二个采样值开始，带压缩的A/D采样值保存的是当前处理的A/D采样值和前一个A/D采样值的差值。

数据采集端的数据加密采用RC5加密算法，本系统采用的RC5加密算法的参数是：字块大小为16，加密轮数为4，密钥长度为16字节。

(2)系统监护平台

图5是系统监护平台系统结构框图。

系统监护平台包括服务器端软件和短信发送模块；服务器端软件运行在服务器计算机上。

服务器端软件包括网络模块、诊断模块、数据库模块和客户端界面。网络模块监听数据采集端的连接请求，接收数据采集端传输的带加密的数据。网络模块将接收到的带加密的数据解密后得到带压缩的A/D采样值和数据采集端标识号。网络模块将带压缩的A/D采样值解压缩得到原始的A/D采样值。数据诊断模块从网络模块获得原始的A/D采样值，计算诊断结果；诊断结果包括患者的脉搏频率和血压值。数据库模块将诊断结果存入患者数据库中和数据采集端标识号对应的数据表中。客户端界面是提供给医生使用的软件界面，功能是查看、管理患者信息和患者测量数据。短信发送模块是一个硬件模块，具有发送短信的功能。本系统的短信发送模块采用SIM600模块。SIM600模块的串行通讯口连接到服务器计算机的串行通讯口。诊断模块在计算出诊断结果后，通过短信发送模块将诊断结果发送到患者的手机上，如果诊断结果异常，将诊断结果发送到医生手机上。

服务器端软件的网络模块采用的解密算法和数据采集端的加密算法对应，为RC5解密算法，参数为：字块大小为16，加密轮数为4，密钥长度为16字节。服务器端软件的解压缩算法和数据采集端的数据压缩算法对应，为差分压缩算法的逆过程：从第二个A/D采样值开始，当前处理的A/D采样值为上一个A/D采样值和当前的得到的A/D采样差值的和。

服务器端软件的诊断模块根据A/D采样值计算出患者的脉搏频率和血压值，算法如下：

1.滤波。滤波分三步：对A/D采样值数据以30个点为一组进行中值滤波，将A/D采样值数据和中值滤波处理后的数据作差，并对所有数据点的y值取绝对值；对第一步处理得到的数据将y值小于12的数据点的值全部设置为0；对第二步处理得到的数据数据以10个采样点为一组进行中值滤波。通过这三步处理得到滤波后的脉搏信号。

5.确定平均压点。遍历滤波后的脉搏信号所有的数据点，找到一个数据点，满足：该数据点的y值减去前一个数据点的y值最大。该数据点对应的A/D采样值数据点即为平均压点，记为(x0，y0)，其中y0为A/D采样值。

6.利用A/D采样值和气压的转换公式，用y0计算出平均压对应的压力值Pa。A/D采样值和气压的转换公式为Pa＝(4200-y0)*0.818。

7.计算舒张压Pb和收缩压Pc。根据幅度系数算法，Pb＝Pa*0.51，Pc＝Pa*0.34。

8.计算脉搏频率W。从(x0，y0)点分别向前和向后取3个峰值点，得到两个坐标(x1，y1)和(x2，y2)。W＝(20*60)/((x2-x1)/6)。

服务器端软件的数据库模块采用Access数据库。数据库中的数据表包括医生信息数据表、患者信息数据表和患者的测量结果数据表。医生信息数据表记录医生的ID号、姓名、手机号码和登陆密码。患者数据表记录病人的ID号、姓名、年龄、性别、病史、手机号码和对应的医生的ID号。患者的测量结果数据表记录数据表对应的患者每次测量的诊断结果，包括ID号、测量时间、血压高压值、血压低压值和脉搏频率。

服务器端软件的客户端界面给医生提供一个查看、管理患者信息和患者测量数据的界面。医生可以通过这个界面做以下操作：

1.添加患者；2.删除患者；3.列出所有的患者；4.查看患者测量记录，测量结果包括测量时间、血压高压值、血压低压值和脉搏频率。

Claims (2)

1、一种基于GPRS网络的远程监护系统，包括数据采集端、系统监护平台和手机终端；数据采集端通过GPRS网络与系统监护平台连接，系统监护平台通过GSM网络与手机终端连接；其特征在于：所述数据采集端，包括主控制模块、GPRS模块、传感器模块和压力控制部分；

1)主控制模块：

主控制模块包括单片机、串行通讯电平转换电路、按键电路、led指示电路；单片机型号为C8051F040，串行通讯电平转换电路采用max3232芯片，单片机的P0.0口连接到max3232的TXD输入端；单片机的P0.1口连接到max3232的RXD输出端，按键电路包括一个按键开关，按键开关的一端连接到+3.3V电源，另一端通过电阻R9接到数字地线，并连接到单片机的P5.4口，Led指示电路包括两个led指示灯，两个led的指示灯的负极分别连接到单片机的P6.0和P6.1口；

2)GPRS模块：GPRS模块采用SIM300模块，GPRS模块的串行通讯口与主控制模块的串行通讯口连接；

3)传感器模块：

传感器模块包括传感器和放大电路，传感器采用BP315气压传感器，放大电路采用AD623仪表放大器，BP315的信号输出端正极VO+连接到AD623的正输入引脚3；BP315的信号输出脚端负极VO-连接到AD623的负输入引脚2，AD623的信号输出脚6与主控制模块的单片机A/D输入脚AIN0.1连接，AD623的参考电压输入端5与主控制模块的单片机参考电压输出端VREF连接；

3)压力控制部分：

压力控制部分包括腕带、压力泵、气阀、压力泵驱动电路和气阀驱动电路；压力控制部分通过压力泵给腕带充气加压，通过气阀给腕带放气减压，控制腕带内气压的大小，压力泵的电机为直流电机，输入线正极与+4.5V电源连接，输入线负极与压力泵驱动电路的电流输出端PUMP_OUT连接，气阀的输入线正极与+4.5V电源连接，输入线负极与气阀驱动电路电流输出端VALVE_OUT连接，压力控制部分的压力泵控制输入端PUMP_CTL与主控制模块的单片机的P7.0口连接，压力控制部分的气阀控制输入端VALVE_CTL与主控制模块的单片机的DAC0口连接。

2、根据权利要求1所述的一种基于GPRS网络的远程监护系统，其特征在于：所述系统监护平台，包括服务器端软件和短信发送模块；服务器端软件包括网络模块、诊断模块、数据库模块和客户端界面；服务器端软件运行在服务器计算机上；服务器计算机通过串行口与短信发送模块连接。

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