CN102542172A - 基于移动通信平台的便携式远程健康监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供基于移动通信平台的便携式远程健康监控系统，包括计算机、远程监控机和一个以上的移动监控端；计算机通过USB接口与远程监控机相连接，同时经过网络接口与互联网相连接，实现移动监控端用户管理、ID号分配、用户信息查询和报警信号传输；移动监控端通过GSM/GPRS网络与远程监控机通信，移动监控端实时采集用户心电信号，监测人体健康状态，在出现病情的情况下进行远程报警及心电信号传输。本发明采用了GSM/GPRS和互联网通信网络，实现了远程健康监控，具有成本低、安装操作简单、报警及时、远程监控等优点。

Description

基于移动通信平台的便携式远程健康监控系统

技术领域

本发明涉及GSM/GPRS通信与心电图检查领域，具体涉及基于移动通信平台的便携式远程健康监控系统。

背景技术

随着电子技术的发展和人们生活观念的提升，对健康等级和监控的需求越来越强，便利、低成本、实时监控的医疗设备成为了一个研究热点。传统的医疗设备基本是一个独立体，随着人们对信息互联互通的强烈要求，传统医疗设备正向着数据互通方向发展。

国内关于远程健康监控系统方面的研究及成果较少，加上传统医疗设备结构庞大，携带不方便，而且成本昂贵，不利于普及，限制了国内医疗卫生事业的发展。同时每个病人的病历缺乏统一管理，各医院之间的信息缺乏互联互通性，不便于医生对病人的诊断，而对于突发性的心脏病等疾病，也由于缺乏及时的发现和治疗造成了很多不幸。

总的来说，远程健康监控系统领域目前主要面临以下的问题：第一、传统医疗设备限制了便携式健康监控系统的普及；第二、对于各类的突发性心脏病缺乏及时的发现和治疗；第三、数据缺乏互通性，同时缺乏统一的电子数据库管理。

发明内容

本发明的目的在于克服远程健康监控系统领域存在的不足，提供一种基于移动通信平台的便携式远程健康监控系统。具体技术方案如下：

基于移动通信平台的便携式远程健康监控系统，包括计算机、远程监控机和一个以上的移动监控端；计算机通过USB接口与远程监控机相连接，同时经过网络接口与互联网相连接，实现移动监控端用户管理、ID号分配、用户信息查询和报警信号传输；移动监控端通过GSM/GPRS网络与远程监控机通信，移动监控端实时采集用户心电信号，监测人体健康状态，在出现病情的情况下进行远程报警及心电信号传输。所述移动监控端通过三导联的方式采集人体心电信号。

上述的基于移动通信平台的便携式远程健康监控系统中，所述远程监控机包括USB通信模块、 第一GSM/GPRS通信模块、第一SD卡数据存储模块、监控机微处理器模块和监控机系统电源；USB通信模块一端与监控机微处理器连接，另一端与计算机连接，负责远程监控机与计算机的USB通信；第一GSM/GPRS通信模块与监控机微处理器模块通过串口的方式连接，用于与移动监控端通讯，接收和发送GSM/GPRS网络数据包；第一SD卡数据存储模块与监控机微处理器模块通过串行外围设备接口连接，用于存储移动监控端用户列表，用户ID号码及每个用户的历史记录。

所述远程监控机包括USB通信模块、 第一GSM/GPRS通信模块、第一SD卡数据存储模块、监控机微处理器模块和监控机系统电源；USB通信模块一端与监控机微处理器连接，另一端与计算机连接，负责远程监控机与计算机的USB通信；第一GSM/GPRS通信模块与监控机微处理器模块通过串口的方式连接，用于与移动监控端通讯，接收和发送GSM/GPRS网络数据包；第一SD卡数据存储模块与监控机微处理器模块通过串行外围设备接口连接，用于存储移动监控端用户列表，用户ID号码及每个用户的历史记录。

上述的基于移动通信平台的便携式健康监控系统中， USB通信模块通过USB线（USBDM/USBDP）将计算机与远程监控机的微处理器模块连接起来；第一GSM/GPRS通信模块通过串口线（RXD/TXD/GND）与远程监控机的微处理器连接；第一SD卡数据存储模块通过SPI（串行外围设备接口）接口（SCLK/SDATA/SRST）与微处理器连接。

上述的基于移动通信平台的远程健康监控系统中，所述移动监控端包括第二GSM/GPRS通信模块、TFT触摸屏人机交互模块、心电信号采集及预处理模块、第二SD卡数据存储模块、监控端微处理器模块和移动监控系统电源，第二GSM/GPRS通信模块与微处理器模块通过串口的方式连接，负责移动监控端与GSM/GPRS网络的通信；TFT触摸屏模块通过数据总线及串行外围设备接口与监控端微处理器模块连接，用于读取用户的指令输入，显示心电图及测量结果；心电信号采集及预处理模块通过三导联的方式采集心电信号，并对信号进行放大滤波处理后输入ADC转换芯片，微处理器通过串行外围设备接口与ADC转换芯片相连接，实现对心电信号的采集和处理；第二SD卡数据存储模块用于存储人机交互界面所需要的数据及记录在使用过程中所产生的历史记录文件、心电图记录

上述的基于移动通信平台的远程健康监控系统中，第二GSM/GPRS通信模块通过串口线（RXD/TXD/GND）与移动监控端的微处理器连接；TFT触摸屏模块通过8080数据总线（RS/CS/WR/RD/DATA）及SPI（串行外围设备接口）接口（SCLK/SDATA/SRST）与微处理器模块连接；心电信号采集及预处理模块通过三导联的方式采集心电信号，并对信号进行放大滤波处理后输入ADC转换芯片，微处理器通过SPI（串行外围设备接口）接口（SCLK/SDATA/SRST）与ADC转换芯片相连接，实现对心电信号的采集和处理；第二SD卡数据存储模块通过SPI（串行外围设备接口）接口（SCLK/SDATA/SRST）与微处理器连接。

上述移动监控端中，TFT触摸屏人机交互模块由3.2寸TFT真彩显示屏和四线电阻式触摸屏组成，3.2寸的TFT真彩屏通过8080总线（RS/CS/WR/RD/DATA）的方式与移动监控端的微处理器模块可连接，四线电阻式触摸屏的四个输出接口与触摸芯片（HT2046）连接，HT2046再通过SPI（串行外围设备接口）接口（SCLK/SDATA/SRST）的方式与移动监控设备的微处理器模块连接，该模块用于读取用户的控制输入操作，显示心电图及测量结果。

上述移动监控端中，心电信号采集及预处理模块包括运算放大器及AD转换芯片，心电信号采集及预处理模块将心电弱电信号进行差分放大后再进行滤波及加法运算，转换为AD转换芯片能直接采样的电信号，微处理器通过与AD转换芯片获取心电采样数据，通过分析处理采样到的心电数据，实现对人体健康状态的监控；移动监控端通过GSM/GPRS通信模块传输测量结果、心电信号图至远程监控机，同时存储心电数据供查询。

上述基于移动通信平台的远程健康监控系统中，远程监控机和移动监控端的微处理器模块均由MCU芯片（32位ARM微控器STM32F103RBT6）、复位电路、外部晶振电路组成，完成数据采集、处理，进程控制，协调控制与其连接的其他模块的工作。

上述基于移动通信平台的远程健康监控系统中，远程监控机和移动监控端的微处理器模块均各自包括MCU芯片、复位电路和外部晶振电路，完成数据采集、处理，进程控制，协调控制与其连接的模块的工作；远程监控机系统电源由DC直流电源和稳压芯片组成，供应给远程监控机的各个模块；移动监控系统电源由动力锂电池和稳压芯片组成，供应给移动监控端的各个模块。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：本发明结构简单，携带方便，成本低，便于普及，为远程健康监控提供了一种切实可行的便携式远程健康监控系统。同时本发明基于移动通信平台（GSM/GPRS），移动监控端具备GPRS网络通信功能使得其能与远程监控端更为方便进行信息交互，更有利于对每个病人的病历等数据进行统一管理，各医院之间的信息也具有互联互通性。另，本发明操作简单，数据传输仅需通过移动通信平台（（GSM/GPRS））即可传送至远程监控端，避免了多重的数据传输而浪费了宝贵的救援时间，对于突发性的心脏病等疾病能够及时发现并为救援和治疗争取更多的时间。

附图说明

图1是本发明实施方式中的远程健康监控系统的框架图。

图2是本发明实施方式中的远程监控机的结构图。

图3是本发明实施方式中的移动监控端的结构图。

图4是本发明实施方式中的计算机客户端应用软件结构图。

图5是本发明实施方式中的远程监控机的软件流程图。

图6是本发明实施方式中的移动监控端的软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施作进一步的说明，但本发明要求保护的范围并不局限于以下实施例表述的范围。

1、硬件方案

（1）基于移动通信平台的便携式健康监控系统，包括计算机、远程监控机和移动监控端三部分；计算机通过USB线（USBDM/USBDP）与远程监控机连接，实现移动监控端成员管理，ID号分配，用户信息查询，报警信号传输；远程监控机与移动监控端通过GSM/GPRS网络通信，移动监控端通过三导联的方式采集人体心电信号。

（2）远程监控机包括USB通信模块、第一GSM/GPRS通信模块、第一SD卡数据存储模块、监控机微处理器模块、监控机系统电源；USB通信模块由CH376及外围元件组成，通过SPI（串行外围设备接口）接口（SCLK/SDATA/SRST）与远程监控机微处理器模块连接，留出USB接口（USBDM/USBDP）用以连接计算机USB口，负责远程监控机与计算机的USB通信；GSM/GPRS通信模块由EM310及外围元件组成，EM310模块通过串口（RXD/TXD）与微处理器模块连接，该模块用于接收移动监控端通过GSM网络发送的短消息及通过GPRS网络传递过来的心电图；SD卡数据存储模块由SD卡座及其外围元件组成，通过SPI（串行外围设备接口）接口（SCLK/SDATA/SRST）与远程监控机微处理器模块连接，用于存储系统所需要用到的数据及移动监控端用户列表，每个用户的历史记录；监控机微处理器模块由MCU芯片（32位ARM微控器STM32F103RBT6）、复位电路、外部时钟电路组成，完成数据采集、处理，进程控制，协调控制与其连接的其他模块的工作；监控机系统电源由DC直流9V电源和稳压芯片等组成，将220V交流电转换成+9V、+5V、+3.3V直流电，供应给系统中的其他模块。

（3）移动监控端包括第二GSM/GPRS通信模块、TFT触摸屏人机交互模块、心电信号采集及预处理模块、第二SD卡数据存储模块、监控端微处理器模块和移动监控系统电源；第二GSM/GPRS通信模块由EM310及外围元件组成，EM310模块通过串口（RXD/TXD）与微处理器模块连接，该模块用于发送GSM报警信号，以及通过GPRS发送心电图至远程监控机；TFT触摸屏人机交互模块由3.2寸TFT真彩屏、HT2046触摸芯片及外围元件组成，TFT显示屏通过8080总线（RS/CS/WR/RD/DATA）的方式与移动监控端的微处理器模块可连接，四线电阻式触摸屏的四个输出接口与HT2046连接，HT2046再通过SPI（串行外围设备接口）接口（SCLK/SDATA/SRST）的方式与移动监控设备的微处理器模块连接，该模块用于读取用户的控制输入操作，显示心电图及测量结果；心电信号采集及预处理模块由运算放大器OP07及ADC转换芯片（MAX1226）构成，通过三导联的方式采集心电弱电信号，将采集到的心电信号输入利用OP07运算放大器搭建的差分放大电路，最后对放大后的信号进行滤波及加法运算，转换为ADC转换芯片（MAX1226）可以直接采样的电信号，微处理器通过与ADC转换芯片（MAX1226）通讯，获取心电采样数据；SD卡数据存储模块由SD卡座及其外围元件组成，通过SPI（串行外围设备接口）接口（SCLK/SDATA/SRST）与移动监控端微处理器模块连接，用于存储人机交互界面所需要的数据及记录在使用过程中所产生的一些历史记录文件、心电图记录；移动监控端微处理器模块由MCU芯片（32位ARM微控器STM32F103RBT6）、复位电路、外部时钟电路组成，完成数据采集、处理，进程控制，协调控制与其连接的其他模块的工作；移动监控端系统电源由11.1V锂电池和稳压芯片等组成，将11.1V直流电转换成+5V、+3.3V直流电，供应给系统中的其他模块。

2、工作过程

（1）用户先在计算机上安装远程健康监控系统的计算机客户端应用软件，为远程监控机接上电源，使用USB线将计算机USB口与远程监控机的USB通信模块连接；将移动监控端的三导联线与人体连接，启动移动监控端的电源，基于移动通信平台的远程健康监控系统进入正常工作状态；

（2）通过计算机客户端应用软件，管理员可以利用管理功能选择增加或删除远程监控机中的用户列表；通过ID设置功能，可以对移动监控端的用户ID进行管理；通过查询功能，可以查询移动监控端用户的个人信息及历史记录；通过数据库更新功能，可以将远程监控机中的用户数据上传至计算机并更新数据库。

（3）按照步骤（2）的方法增加远程监控机中的移动监控端用户列表，同时为每个移动监控端配置好ID号码，远程健康监控系统所有配置完成，系统进入正常工作状态；

（4）用户将三导联线接上后，通过移动监控端的TFT触摸屏选择心电图测量，通过屏幕观察心电图形及测量结果；一旦心电图出现异常，移动监控端立即通过GSM/GPRS模块发送短信及传输心电图至远程监控机。

（5）远程监控机接收到移动监控端发送的报警信号后，立即通过USB通信模块通知计算机，同时接收心电图，并新建历史记录文档于SD卡中。

实施例：

如图1所示，为本实施例中的基于移动通信平台的便携式远程健康监控系统框架图。其中：

（1）移动监控端1：测量人体心电信号，通过GSM/GPRS发送信号至远程监控机进行报警。 

（2）GSM/GPRS无线网络2：移动监控端与远程监控机的通信媒介，用于传输各类通信数据；

（3）计算机3：用于安装计算机客户端应用软件，提供友好的人机交互与操作界面，实现用户管理、ID号分配、数据库查询等功能；

（4）宽带网线4：计算机与互联网的连接线，用于上网实时检查移动监控端用户的心电图；

（5）远程监控机5：接收移动监控端发送过来的信号，对移动监控端实行监控，同时将数据报上传至计算机；

（6）USB总线6：计算机与远程监控机的连接线，承担计算机与远程监控机通信介质的作用。

对于远程监控机，如图2所示，为远程监控机结构图。远程监控机212主要包括以下单元：

（1）220V交流电21：为系统提供220V交流电； 

（2）220V交流电力线22：传输220V交流电至远程监控机系统电源；

（3）直流电源线23：远程监控机系统电源供电线路。提供+9V、+5V、+3.3V直流电源给各模块；

（4）GSM/GPRS通信模块24：用于接收移动监控端通过GSM网络发送的短消息及通过GPRS网络传递过来的心电图；

（5）串口总线25：微处理器模块与GSM/GPRS通信模块的连接线。串行总线包括：RXD/TXD/GND三根线； 

（6）远程监控机微处理器模块26：负责数据处理和对其他模块的协调、控制。MCU选用32位高性能ARM微控器STM32F103RBT6，128KB的Flash，20KB的SRAM，72MHz的工作频率；

（7）USB通信模块27：USB通信模块由CH376及外围元件组成，建立计算机与远程监控机的USB通信通道。

（8）微处理器模块与USB通信模块SPI信号线28：用于连接USB通信模块及微处理器模块的 SPI（串行外围设备接口）接口(SCLK/SDATA/SRST)；

（9）SD卡数据存储模块29：用于存储系统所需要用到的数据及移动监控端用户列表，每个用户的历史记录；

（10）微处理器与SD卡存储模块SPI信号线210：用于连接SD卡存储模块及微处理器模块的 SPI（串行外围设备接口）接口(SCLK/SDATA/SRST)；

（11）远程监控机系统电源211：负责为各系统模块供电。远程监控机系统电源由DC直流电源和稳压芯片等组成，直接从电力线采电，经稳压得到直流电源+9V、+5V、+3.3V；

对于移动监控端，如图3所示，为移动监控端结构图。移动监控端34主要包括以下单元：

（1）锂电池电源31：负责为各系统模块供电。移动监控端系统电源由11.1V锂电池和稳压芯片等组成，锂电池经稳压得到直流电源+9V、+5V、+3.3V；

（2）直流电源线32：移动监控端系统电源供电线路。提供+9V、+5V、+3.3V直流电源给各模块；

（3）心电信号采集及预处理模块33：心电信号采集及预处理模块通过三导联的方式采集心电信号，并对信号进行放大滤波处理后输入ADC转换芯片；

（4）微处理器模块与微处理器模块与心电信号采集及预处理模块SPI信号线35：微处理器通过SPI（串行外围设备接口）接口（SCLK/SDATA/SRST）与ADC转换芯片相连接，实现对心电信号的采集和处理；

（5）TFT触摸屏人机交互模块36：TFT触摸屏人机交互模块由3.2寸TFT真彩屏、HT2046触摸芯片及外围元件组成，该模块用于读取用户的控制输入操作，显示心电图及测量结果；

（6）TFT触摸屏人机交互模块与微处理器连接线37： TFT显示屏通过8080总线（RS/CS/WR/RD/DATA）的方式与移动监控端的微处理器模块可连接，四线电阻式触摸屏的四个输出接口与HT2046连接，HT2046再通过SPI（串行外围设备接口）接口（SCLK/SDATA/SRST）的方式与移动监控设备的微处理器模块连接；

（7）串口总线38：微处理器模块与GSM/GPRS通信模块的连接线。串行总线包括：RXD/TXD/GND三根线； 

（8）GSM/GPRS通信模块39：用于通过GSM网络发送短消息及通过GPRS网络传递心电图；

（9）SD卡数据存储模块310：用于存储人机交互界面所需要的数据及记录在使用过程中所产生的一些历史记录文件、心电图记录；

（10）微处理器与SD卡存储模块SPI信号线311：用于连接SD卡存储模块及微处理器模块的 SPI（串行外围设备接口）接口(SCLK/SDATA/SRST)；

（11）移动监控端微处理器模块312：负责数据处理和对其他模块的协调、控制。MCU选用32位高性能ARM微控器STM32F103RBT6，128KB的Flash，20KB的SRAM，72MHz的工作频率；

如图4，为本实施例中的计算机客户端应用软件结构图。

（1）计算机客户端应用软件41：安装于用户计算机上的应用软件；

（2）用户管理42：利用管理功能可以选择增加或删除远程监控机中的用户列表，通过ID设置功能，可以对移动监控端的用户ID进行管理； 

（3）用户历史记录查询43：利用查询功能，可以查询移动监控端用户的个人信息及历史记录； 

（4）心电图在线测量44：医生可以利用该功能上网获取移动监控端的心电图；

（5）用户数据库45：患者数据库系统，存储患者的所有病历及历史记录；

如图5，为本实施例中远程监控机运行流程图。流程图51步骤如下：

（1）供电后，初始化GSM/GPRS模块、SD卡存储模块及USB通信模块52；

（2）查看GSM/GPRS是否收到数据53，如果没有收到数据，则返回继续查询；如果GSM/GPRS有数据传输过来了，则查询信号类型55，如果是GSM报警信号58，及通过USB向计算机发送报警信号57，如果不是，则继续查询是否是GPRS心电图512，是的话则接收心电图并上传至计算机511，不是的话返回； 

（3）查看计算机是否有传递控制信号过来54，如果没有则返回继续查询，如果接到了计算机控制信号，则查询信号类型56，如果是用户管理指令59，则按指令内容增加删除用户及分配用户ID号码510；如果不是则检查是否是历史记录查询513，是的话则上传历史记录至计算机514；如果不是则再检查是否是数据库更新指令515，是的话上传数据至计算机，不是的话返回； 

如图6，为本实施例中移动监控端运行流程图。流程图61步骤如下：

（1）上电后，初始化GSM/GPRS模块、SD卡存储模块和TFT触摸屏模块62等；

（2）初始化完成后，等待用户输入心电图测量指令63；如果用户选择了心电图测量，系统开始采集心电图数据64，微控器对采集到的数据进行分析处理66；

（3）根据微控器分析处理结果，判断心电图是否存在异常68，如果存在异常，则立即发送GSM消息至远程监控机及亲人69，再通过GPRS传输心电图至远程监控机67，最后将心电图及报警等信息存入SD卡中65；

（4）如果心电图不存在异常，则判断用户是否有选择退出心电图测量610，没有的话返回继续测量，有的话退出心电图测量模式。

Claims (6)

1.基于移动通信平台的便携式远程健康监控系统，其特征是包括计算机、远程监控机和一个以上的移动监控端；计算机通过USB接口与远程监控机相连接，同时经过网络接口与互联网相连接，实现移动监控端用户管理、ID号分配、用户信息查询和报警信号传输；移动监控端通过GSM/GPRS网络与远程监控机通信，移动监控端实时采集用户心电信号，监测人体健康状态，在出现病情的情况下进行远程报警及心电信号传输。

2.根据权利要求1所述的基于移动通信平台的便携式远程健康监控系统，其特征是，所述远程监控机包括USB通信模块、 第一GSM/GPRS通信模块、第一SD卡数据存储模块、监控机微处理器模块和监控机系统电源；USB通信模块一端与监控机微处理器连接，另一端与计算机连接，负责远程监控机与计算机的USB通信；第一GSM/GPRS通信模块与监控机微处理器模块通过串口的方式连接，用于与移动监控端通讯，接收和发送GSM/GPRS网络数据包；第一SD卡数据存储模块与监控机微处理器模块通过串行外围设备接口连接，用于存储移动监控端用户列表，用户ID号码及每个用户的历史记录。

3.根据权利要求1所述的基于移动通信平台的便携式远程健康监控系统，其特征是，所述移动监控端包括第二GSM/GPRS通信模块、TFT触摸屏人机交互模块、心电信号采集及预处理模块、第二SD卡数据存储模块、监控端微处理器模块和移动监控系统电源，第二GSM/GPRS通信模块与微处理器模块通过串口的方式连接，负责移动监控端与GSM/GPRS网络的通信；TFT触摸屏模块通过数据总线及串行外围设备接口与监控端微处理器模块连接，用于读取用户的指令输入，显示心电图及测量结果；心电信号采集及预处理模块通过三导联的方式采集心电信号，并对信号进行放大滤波处理后输入ADC转换芯片，微处理器通过串行外围设备接口与ADC转换芯片相连接，实现对心电信号的采集和处理；第二SD卡数据存储模块用于存储人机交互界面所需要的数据及记录在使用过程中所产生的历史记录文件、心电图记录。

4.根据权利要求3所述的移动通信平台的便携式远程健康监控系统，其特征在于TFT触摸屏人机交互模块由3.2寸TFT真彩显示屏和四线电阻式触摸屏组成，3.2寸的TFT真彩屏通过数据总线的方式与监控端微处理器模块可连接，四线电阻式触摸屏与触摸芯片连接，触摸芯片再通过串行外围设备接口的方式与监控端微处理器模块连接，TFT触摸屏人机交互模块用于读取用户的控制输入操作，显示心电图及测量结果。

5.根据权利要求3所述的移动端监控系统，其特征在于心电信号采集及预处理模块包括运算放大器及AD转换芯片，心电信号采集及预处理模块将心电弱电信号进行差分放大后再进行滤波及加法运算，转换为AD转换芯片能直接采样的电信号，微处理器通过与AD转换芯片获取心电采样数据，通过分析处理采样到的心电数据，实现对人体健康状态的监控；移动监控端通过GSM/GPRS通信模块传输测量结果、心电信号图至远程监控机，同时存储心电数据供查询。

6.根据权利要求1所述的基于移动通信平台的便携式远程健康监控系统，其特征在于远程监控机和移动监控端的微处理器模块均各自包括MCU芯片、复位电路和外部晶振电路，完成数据采集、处理，进程控制，协调控制与其连接的模块的工作；远程监控机系统电源由DC直流电源和稳压芯片组成，供应给远程监控机的各个模块；移动监控系统电源由动力锂电池和稳压芯片组成，供应给移动监控端的各个模块。

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