CN101669818A

CN101669818A - 基于fpga的多功能生理参数监测仪

Info

Publication number: CN101669818A
Application number: CN200910196501A
Authority: CN
Inventors: 徐美华; 费瑜; 冉峰; 赵芳洁; 孙罕
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2010-03-17

Abstract

本发明涉及一种基于FPGA的多功能生理参数监测仪。它包括多生理参数的数据采集模块，和一个FPGA，所述是多生理参数的数据采集模块是一个血压/心跳采集模块和一个体温采集模块，分别将数据输入到FPGA，然后FPGA将各生理参数通过短信发送模块以短信的形式进行发送，实现远程通信功能，FPGA的输出还连接到LCD显示屏上和外设扩展接口模块。本发明体积小，成本低，便于携带，操作简单，有很高的扩展性。

Description

基于FPGA的多功能生理参数监测仪

技术领域

本发明涉及一种基于FPGA的多功能生理参数监测仪，具体的说是一种涉及传感器检测技术、FPGA控制技术、GSM通讯技术的便携式远程医疗监测仪。

背景技术

随着社会不断的发展进步，人们对于自身的健康越来越予以重视。及时、方便地检测并了解自身的健康状况已经逐渐成为社会的一种需求。体温、血压、心跳等人体的生理参数及其变化情况，是医生用于诊断疾病最常用的参数，也是个人用于了解自身健康状况的一个最为直接的依据。然而就目前，定期进行身体检查一方面需要大量的时间和精力到医院进行排队候诊，另一方面则由于空间及时间的限制，医生或是相关人员无法及时掌握病人的病情，以便及早采取措施。虽然以医疗检测技术为基础的医疗电子产品已经逐渐普及，能够用于测量人体的各项生理参数，给人们的健康检查带来了一定的方便，但是这些电子产品功能分散，并且大多都只能将测量信息反馈给使用者，无法进行远程诊断，同时，该类电子医疗产品包括电子体温计、电子血压计等在内大多采用单片机来对其信号进行处理及最终输出，技术虽是相当的成熟，但是其功能实现不够灵活，并且不能进行功能的扩展。

现有的医疗设备逐渐朝着体积小、携带方便，功能齐全的方向发展，如公告号为CN1428126，授权公开日2003年7月9日的中国发明专利说明书公开的一种名为“多参数便携移动式远程健康监护仪”中的监护仪。患者需要进行检查时，可利用各类相关的传感器测量血压、心电等人体参数电信号，在微处理器的控制下，由信号发射单元发送给本地主机，进行分析、判断、存储和显示，并实现网络连接功能，从而能够对患者进行实时的监护。但是该监护仪的实时监护功能的实现必须通过本地主机才能得以实现，这个对于出门在外的使用者而言存在诸多不便。随着无线通信技术的发展，手机越来越普及，如果运用手机作为医疗检测的终端将带来很大的便捷，如公告号为CN101159793A，授权公开日2008年4月9日的中国发明专利说明书公开的一种名为“手机无线医疗健康检测监护系统”的监护系统。患者可以利用各类传感器检查后通过手机装置进行数据处理与远距离的数据传输，从而实现手机与医疗监护技术相结合。但是该系统需要一种特制的手机装置，增加了成本，此系统还包括了较多的传感器和救援装置，这将增大系统的体积，出门在外携带不便。

对于生理参数的检测，与常规的医疗电子产品及现有的技术相比，本发明的优点在于综合了多项生理参数的测量功能，携带方便，同时可以将测量的结果通过短信的形式直接实时地向相关人员或者短信接收设备进行信息的反馈和收集，突破了空间的束缚，实现了远程的初步诊断，并且如果有需要可以实现更多功能的扩展。

发明内容

本发明的目的是：为了解决现有技术存在的不足，提供一种基于FPGA的多功能生理参数的监测仪，具有低成本、便携性、一键式操作的特点。

为达到以上目的本发明的构思是：本发明的基于FPGA的多功能生理参数监测仪，包括：一个多生理参数的数据采集模块、一个FPGA、一个短信发送模块、2个串行通信接口链接模块、一个LCD显示屏。所述的多生理参数的数据采集模块，由血压心跳采集模块和体温采集模块，血压心跳采集模块将人体的血压、心跳生理参数采集后通过串行通信接口输入到FPGA，体温模块将采集到的温度信号直接输入到FPGA的IO口，然后由FPGA通过控制串行通信接口模块，将各生理参数通过短信发送模块以短信的形式进行发送，实现远程通信功能，并且FPGA把上述采集到的生理参数实时显示在LCD显示屏上。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种基于FPGA的多功能生理参数监测仪，包括多生理参数的数据采集模块和一个FPGA，其特征在于所述多生理参数的数据采集模块是一个血压/心跳采集模块和一个体温采集模块，分别将人体的血压、心跳和体温生理参数采集后输入到FPGA，所述FPGA将各生理参数通过一个短信发送模块以短信的形式进行发送；所述FPGA的输出还连接到一个LCD显示屏和外设扩展接口模块。

上述的血压/心跳采集模块将数据通过串行通信接口UART1传输给FPGA，所述体温采集模块通过IO口输入到FPGA。

上述的FPGA，采用Actel的Fusion系列FPGA芯片，该FPGA具有模数转换功能、采用Flash memory架构、具有低功耗的特点，内部集成ADC采用12位逐次逼近技术，可以直接将采样体温的模拟信号由FPGA的模拟IO口输入，在FPGA内部对体温信号进行处理，通过串行通信接口对血压心跳模块和短信发送模块进行多串口的控制，并且控制LCD1602把采集后的生理参数进行显示。

上述的短信发送模块，采用西门子的TC35，TC35通过一个ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)连接器引出，通过标准的RS232串行通信接口与FPGA连接，并由FPGA通过串行通信接口对其进行控制。

上述的串行通信接口链接模块，采用MAX3221串行通信控制芯片。

上述的LCD显示屏，采用TC1602A点阵式LCD显示屏。

上述的外设扩展接口模块包括USB接口、串行通信接口(UART)、IO接口，用户可以根据需要添加传感器模块，并且FPGA中已经包涵了相应的驱动。

本发明与现有技术相比较，具有如下优点：

(1)本发明各模块的体积较小，所以总体体积小，便于携带。

(2)本发明的各模块包括生理参数采集模块、短信发送模块均采用成本较低器件，并且提供标准接口，并且以短信方式实现远程的数据传送，不需要特征的接收设备，以普通手机就可以实现，所以成本较低。

(3)本发明只需一个按键便可完成所有操作，实现一键式的操作方式，所以操作简单。

(4)本发明中FPGA的外围还扩展出USB、UART、模拟与数字IO口，所以有很高的扩展性，可以根据需要加入其他传感器。

附图说明

图1是系统控制总框图。

图2是体温模块电路图。

图3是串行通信接口链接模块电路图(图中图(a)为UART1串行通信接口连接电路图，图(b)为UART2串行通信接口连接电路图)。

图4是显示模块LCD1602连接电路图。

图5是短信发送模块电路图。

图6是扩展的IO接口电路图。

图7是扩展的串行通信接口链接模块电路图。

图8是扩展的USB接口电路图。

图9是主程序流程图。

具体实施方式

结合附图，本发明的一个优选实施例说明如下：

如图1所示，本基于FPGA的多功能生理参数监测仪包括体温采集模块6，血压/心跳采集模块1，Actel Fusion系列FPGA 2，短信发送模块-GSM模块5，LCD显示屏3，外设扩展模块UART接口7、IO口8、USB接口9。其中，Actel Fusion系列的FPGA是本发明的核心，它通过UART1控制血压/心跳模块1进行血压、心跳参数的采集，通过自带的模拟IO口接收体温采集模块6的参数，通过IO口直接与LCD1602相连(见图3中的图(b))，实时显示采集到的生理参数，然后通过UART2控制GSM模块5发送短信，实现生理参数的远距离传输。下面将对系统硬件各部分进行详细介绍。

<一>、FPGA

本发明采用了Actel Fusion系列FPGA作为控制核心，该FPGA具有模数转换功能、采用Flash memory架构、低功耗的特点，内部集成ADC采用12位逐次逼近技术，可以直接将采样体温的模拟信号由FPGA的模拟IO口输入，然后在FPGA内部将采样的模拟信号转换为数字信号。

<二>、多生理参数的数据采集模块

参见图1，此模块由血压/心跳采集模块1和体温采集模块6组成。其中，血压/心跳采集模块可以通过串行通信接口UART1对其进行控制，此模块符合标准的CAS协议，所以其命令帧与数据帧符合标准的协议格式。参见图3中图(a)的UART1，UART1通过CAS接收与CAS发送两个接口与FPGA相连，FPGA通过UART1控制此模块的启动、停止、参数设置，并且通过UART1接收测试完成后的血压、心跳数据。

参见图2，体温采集模块由高精度的铂热电阻PT100与温度变送器(直径40mm)组成。PT100采用3线制接法，随着温度的变化，PT100的电阻值也将发生变化，将PT100接入温度变送器。温度变送器是将PT100的阻值变化转换为电流的变化，在温度变送器的“+”、“-”端之间接入250Ω的电阻后即可将电流变化转换为250Ω电阻上的电压变化，将OUT+接入到FPGA的模拟IO口，OUT-与FPGA共地，即完成了体温信号的采集。

<三>、LCD显示模块

此模块采用TC1602A点阵式LCD显示屏，参见图4，其中RS、WR、EN、DB0～DB7都与FPGA的IO口相连。此模块实时显示测试过程中各生理参数的变化，当测试结束后显示测试完成后的数据。

<四>、短信发送模块

此模块采用西门子TC35为核心的GSM模块(体积：30mm*50mm)，参见图5，通过ZIF连接器引出排线后与TC35的1～40号引脚相连，TC35的24～28引脚连接sim卡槽，所以本发明还需要用户自配一张sim卡，TC35的18、19引脚为串行通信接收与发送接口，此接口与图3的UART2的DB9相连接，UART2的GSM-RXD、GSM-TXD分别与FPGA的IO口连接，FPGA就可以通过UART2发送相应命令来控制TC35发送短信了。

<五>、扩展模块

扩展模块包括了USB接口、IO口、UART接口，图6为扩展的IO口，包括了模拟IO口和数字IO口，其中模拟IO口的AV1～AV4可输入电压信号，AI1～AI4可输入电流信号。图7为扩展的UART接口，仍采用MAX3221串行通信控制芯片。参见图8，是扩展的USB接口，此接口采用飞利浦的SP5301USB控制芯片，USM-MIN是微型的USB接口。此模块可随用户的需要接入不同接口的传感器模块。

本基于FPGA的多功能生理参数监测仪的软件设计：

此系统是在Windowns操作系统下，采用libero 8.5为平台进行软件设计的，以Verilog HDL为编程语言。

此软件系统还包括了LCD驱动程序、UART接收与发送驱动程序、ADC驱动程序、USB驱动程序与FPGA的多串口控制程序。程序流程图参见图9，当按下开始键后系统就开始工作，首先进行初始化，包括LCD、UART、ADC的初始化，其中还对FPGA内部ADC配置的Flash memory进行初始化配置。然后FPGA通过UART1发送命令启动血压/心跳模块，此模块开始测试并且实时送出当前压力的数据包，FPGA以中断方式通过UART1接收此数据，同时FPGA通过模拟IO口采集体温，这些实时采集到的数据都通过LCD1602进行显示。当生理数据测试完毕后会发出标志信号，系统自动进入短信发送阶段，FPGA通过UART2控制GSM模块发送短信。发送短信成功后，系统将再次进入检测是否有按键按下状态，只要按下开始键，系统将会重新开始。

Claims

1.一种基于FPGA的多功能生理参数监测仪，包括多生理参数的数据采集模块和一个FPGA(2)，其特征在于所述多生理参数的数据采集模块是一个血压/心跳采集模块(1)和一个体温采集模块(6)，分别将人体的血压、心跳和体温生理参数采集后输入到FPGA(2)，所述FPGA(2)将各生理参数通过一个短信发送模块(5)以短信的形式进行发送；所述FPGA(2)的输出还连接到一个LCD显示屏(3)和外设扩展接口模块。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的多功能生理参数监测仪，其特征在于所述血压/心跳采集模块(1)将数据通过串行通信接口UART1传输给FPGA(2)，所述体温采集模块(6)通过IO口输入到FPGA(2)。

3.根据权利要求1所述的基于FPGA的多功能生理参数监测仪，其特征在于所述短信发送模块(5)采用西门子的TC35，TC35通过一个零阻力插座连接器ZIF引出，通过标准的RS232串行通信接口与FPGA(2)连接，并由FPGA通过串行通信接口UART2对其进行控制。

4.根据权利要求1所述的基于FPGA的多功能生理参数监测仪，其特征在于所述FPGA(2)采用Actel的Fusion系列FPGA芯片，该FPGA具有模数转换功能、采用Flash memory架构、低功耗的特点，直接将采样体温的模拟信号由FPGA的模拟IO口输入，在FPGA内部对体温信号进行处理，通过串行通信接口UART1、UART2血压心跳模块(1)和短信发送模块(5)进行多串口的控制，并且控制LCD显示屏(3)把采集后的生理参数进行显示。

5.根据权利要求1所述的基于FPGA的多功能生理参数监测仪，其特征在于所述串行通信接口UART1、UART2采用MAX3221串行通信控制芯片，进行TTL电平的转换。

6.根据权利要求1所述的基于FPGA的多功能生理参数监测仪，其特征在于所述LCD显示屏(3)采用TC1602A点阵式LCD显示屏。

7.根据权利要求1所述的基于FPGA的多功能生理参数监测仪，其特征在于所述外设扩展接口模块包括一个USB接口、串行通信接口UART3(7)和一个IO接口(9)。