CN103976731A - 一种多模式通信监护便携式心电仪及通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多模式通信监护便携式心电仪及通信方法，前置放大电路采集人体心电信号进行差分放大，前置放大电路输出差分放大信号依次经过带通滤波电路、主放大电路、工频陷波电路和电平抬升电路输出心电信号送入STM32微处理器内的A/D模块，STM32微处理器通过蓝牙无线通讯与手机终端连接，STM32微处理器通过USB与PC终端连接，STM32微处理器与GMS模块以及GPS模块互相通讯，STM32微处理器与SD卡存储模块互相交换数据，STM32微处理器数据送人机接口屏模块显示。实现对信号的处理、监护/通讯、存储、定位、显示、发现异常信号自动报警等功能，在不降低性能和功能的前提下，实现了体积小巧、超低功耗、价格低廉、便于携带。

Description

一种多模式通信监护便携式心电仪及通信方法

技术领域

本发明涉及一种心电检测仪器，特别涉及一种多模式通信监护便携式心电仪及通信方法。

背景技术

近年来，随着社会的进步和经济的发展，生活水平的逐步提高，以及我国人口老龄化程度越来越严重，心脏病一类的疾病的发病率不断攀升，严重影响人们的身体健康，成为威胁人类健康的第一因素。但常规心电监护设备具有体积笨重、价格昂贵和不便于携带的局限性，随着社会生活水平的提高，便携式心电图仪具有体积小、价格低、方便使用、携带等优点，比如能够在家庭或者其他地方很方便的进行心电信号的测量，并把波形实时显示出来，通过一定的处理做出基本的诊断，并把数据存储起来，然后可以提交到专业机构做进一步的诊断，对于一些行动不便的病人，便可以利用互联网技术，把数据通过远程传送的方式，提交到专业机构或指定医院，便携式心电设备的使用也由于利于医生在急诊或查房的时候方便快速的进行病情诊断。并且此多模式通信监护便携式心电仪能进行长时间实时监护并把数据存储起来，以及利用GPS定位和GSM通信以达到在家里亲属不必守候在病人旁边，在公共场合不必时刻陪伴病人，仅通过发送一条短信进行远程监护便能时刻得知病人的基本情况已经地理位置信息这样患者就不必长时间的静卧在医院，就可以得到实时的监护，所以本发明产品具有重要意义。

发明内容

本发明是针对常规心电监护设备具有体积笨重、价格昂贵和不便于携带的局限性的问题，提出了一种多模式通信监护便携式心电仪及通信方法，实现对信号的处理、监护/通讯、存储、定位、显示、发现异常信号自动报警等功能，在不降低性能和功能的前提下，实现了体积小巧、超低功耗、价格低廉、便于携带。

本发明的技术方案为：一种多模式通信监护便携式心电仪，包括STM32微处理器、人机接口屏模块、手机终端、PC终端、GMS模块、GPS模块、SD卡存储模块、信号采集模块，信号采集模块包括前置放大电路、右腿驱动电路、带通滤波电路、主放大电路、工频陷波电路和电平抬升电路，左手和右手通过电极将人体的心电信号输入到前置放大电路进行差分放大，前置放大电路输出差分放大信号依次通过带通滤波电路、主放大电路、工频陷波电路和电平抬升电路，电平抬升电路输出心电信号送入STM32微处理器内的A/D模块，STM32微处理器通过蓝牙无线通讯与手机终端连接，STM32微处理器通过USB 与PC终端连接，STM32微处理器与GMS模块以及GPS模块互相通讯，STM32微处理器与SD卡存储模块互相交换数据，STM32微处理器数据送人机接口屏模块显示，人机接口屏模块设定指令到STM32微处理器。

一种多模式通信监护便携式心电仪通信方法，包括多模式通信监护便携式心电仪，具体包括如下步骤：

1）STM32微处理器完成各个模块的初始化之后，开始对信号采集模块送入的模拟心电信号进行A/D模数转换；

2）转化后的数字心电信号送到SD卡存储模块进行存储：根据人机接口屏模块的提示手动按键控制SD卡存储模块来存储长达24小时的心电数据，并建立基于SD卡的文件系统，把心电数据存储为TXT文件格式，通过USB接口与PC终端进行数据传输，同时将常见判断心脏病的数据库和病患治疗信息存储在SD卡中，并在人机接口屏模块上设置读取该信息的功能键；

3）对心电数据采集之后进行数据的分析：对采集得到的心电数据进行特征量分析并确定其特征值，调用SD卡内存储的常见心脏病的数据库，来判断心电数据是否异常，并把分析的结果通过人机接口屏模块在LCD触摸液晶屏上显示出来；

4）工作方式选定，设定运动监护和病理监护两种模式，并输入两种模式下的数据指标；

5）对分析后的心电信号，可以通过蓝牙与手机终端进行无线通信：当检测到的心电信号数据异常时STM32微处理器自动发送指令控制手机终端拨打急救电话；

6）对心电信号分析之后，若发现心电数据异常，则进行语言警报和红色Led灯闪烁预警，并把分析得到的异常心电结果在LCD触摸液晶屏上显示出来，STM32微处理器接受GPS模块接收的信息和通过蓝牙利用手机终端GPS的定位功能获取病人周边的地理位置并进行处理，计算出本地的经度、纬度以及周边医院的位置信息，通过GSM接收到请求信息，由GSM 模块把地址信息以及病人的基本信息发送给周边医院。

本发明的有益效果在于：本发明多模式通信监护便携式心电仪及通信方法，采用了超低功耗、高性能的内核单片机，使得硬件结构更加简单，系统功耗也大大降低；采用了大容量存储设备SD卡，并且具有GPS全球定位功能；具有2种工作模式，大大增加了其使用灵活性和应用范围；便于扩展功能和系统的再次开发，不仅可以做心电监护，还可以应用于其它生理参数的分析与监护。

附图说明

图1为本发明多模式通信监护便携式心电仪结构示意图；

图2为本发明多模式通信监护便携式心电仪中信号采集模块结构示意图；

图3为本发明多模式通信监护便携式心电仪控制流程图；

图4为本发明多模式可通信监护的便携式心电仪USB数据传输流程图；

图5为本发明多模式可通信监护的便携式心电仪蓝牙传输流程图。

具体实施方式

如图1、2所示多模式通信监护便携式心电仪结构示意图和信号采集模块结构示意图， STM32微处理器1通过内部A/D模块9通道与信号采集模块8连接， STM32微处理器1与人机接口屏模块2互相通讯，STM32微处理器1通过蓝牙无线通讯与手机终端3连接，STM32微处理器1通过USB 与PC终端4连接, STM32微处理器1与SD卡存储模块7互相交换数据， STM32微处理器1与GMS模块5以及GPS模块6互相通讯，信号采集模块8包括前置放大电路13、右腿驱动电路14、带通滤波电路15、主放大电路16、工频陷波电路17和电平抬升电路18。

经过左手10和右手11通过电极将人体的心电信号输入到前置放大电路13实现信号的差分放大，同时人体的共模电压在前置放大电路13中被检测出，通过右腿驱动电路倒相、放大反馈到右腿上，使人体的位移电流不流地，而是通过右腿驱动电路14倒相、放大从运放输出，以达到更进一步的降低工频干扰和提高共模抑制比，通过前置放大电路13差分放大的信号连接到带通滤波电路15，因为由于人体的心电信号频率范围为0.05Hz～100Hz，所以需滤掉这个频带以外噪声；人体的心电信号幅度一般为1mv左后，所以经过带通滤波器电路15出来的信号必须连接到主放大电路16来把提取出来的心电信号进行放大，虽然前置放大电路13对共模干扰具有一定的抑制作用，但是有部分工频干扰是以差模方式进入电路的，且频率处于心电信号的频带之内，加上电极和输入回路不稳定的因素，前级电路输出的心电信号仍存在较强的工频干扰，所以主放大电路16出来的信号的经过专门的工频滤波电路17，此时出来的信号一般为-0.5v～1.5v，而A/D模块9的输入范围为0～3.3v，因此需要把主放大电路16出来的信号通过电平抬升电路18，保证能采集到全部的心电信号，电平抬升电路18输出信号通过A/D模块9送入STM32微处理器1。

STM32微处理器作为整个系统的核心控制部分，它完成对模拟信号的采集（A/D模块9）、对信号的存储（SD卡存储模块7）、定位（GPS模块6）、人机交互界面及控制（人机接口模块2）、以及通讯与报警（GSM模块5、USB、蓝牙），下面将结合图3流程图做具体说明：

1）在STM32微处理器完成各个模块的初始化之后，将开始对信号采集模块的模拟心电信号进行A/D模数转换，由于STM32微处理器有多大18个ADC通道，它可以测量16个外部和2个内部信号源，所以可方便的进行功能的扩展，比如：血氧、血糖、血压等生理参数的信号采集模块通过STM32微处理器同时进行A/ D模数转换。

2）在转化后的数字心电信号送到SD卡进行存储：根据LCD触摸液晶显示器上的提示功能按键控制SD卡存储模块来存储长时间的心电数据，并建立基于SD卡的文件系统，把心电数据存储为TXT文件格式，这样既可以借助USB接口与PC终端进行数据传输，也可以把SD卡拔下来用读卡器把数据读入PC终端；基于大容量的SD卡，我们可以预先把判断心率失常数据库（MIT-BIH）,其中包括了48个常见病例，比如：心室颤动、心房颤动、心动过速、心动过缓、房性早搏，室性早搏、心脏停搏及起搏等存储在SD卡中，用做于微处理器对心电信号分析处理的依据；以及病人各类疾病的病患和治疗信息存储在SD卡中，并在LCD触摸液晶屏上设置读取该信息的功能键。

3）在对心电数据采集之后则进行数据的分析：在对采集得到的心电数据进行特征量分析并确定其特征值，调用SD卡内存储的常见心脏病的数据库，来判断心电数据是否异常。并把分析的结果和健康指导意见在LCD触摸液晶屏上显示出来，同是LCD触摸液晶屏实时地显示心电波形以及常用功能选择键比如：病人信息功能键（比如本人的姓名，多位亲人的手机号码等，）、病史信息功能键（病人各类疾病的病患和治疗信息）、应急措施功能键（比如药品的存放位置和应当采取的一些急救措施）、回放功能键（对SD卡存储的心电信息进行回读）、MP3 音乐播放器以及游戏功能键（歌曲、游戏存储在SD卡内，可供病人休闲或者无聊时候倾听和玩耍）等。

4）在运动监护模式下：在户外运动通过预先设定的康复运动安排（比如：快走、跑步和骑行的运动时间和运动量，不同年龄和性别的人在健身房的运动安排，减肥体操和瑜伽锻炼等），当检测到的心电信号数据异常时，则进行红色Led灯闪烁预警和语言警报，并把分析得到的异常心电结果、科学运动计划和合理的运动安排在LCD触摸液晶屏上显示出来，也可以预先通过LCD触摸屏设定运动路线，STM32微处理器接受GPS模块接收的信息和通过蓝牙利用手机终端GPS的定位功能获取病人周边的地理位置并进行处理，计算出本地的经度、纬度以及周边医院的位置信息，可以通过语言给患者提供路线导航和提供快速有效的救护，并通过键盘控制或GSM接收到请求信息，由GSM 模块把地址信息以及病人的基本信息（比如病人的姓名、病情提示、亲人的手机号码）发送给对方，达到定位、通信、及时救助的功能：GSM模块通过UART串口与STM32微处理器进行数据通信，STM32微处理器从串口接受GSM发送过来的数据，检验手机号码的权限根据短信的内容执行相应的控制指令，比如在家里或者社区以及其他公共场合下，若病人心电数据异常则LCD触摸液晶屏上会显示出来检测结果并提示相应的自救措施（注意休息、按时吃药）以及发出语音警报，以便家人或者救助者知情，并通过GSM 模块把地址信息以及病人的基本信息以手机短消息形式发送给特定亲属或者医生;同时亲属或者医生可以通过手机将控制信号以短信的形式通过GSM网发送到GSM模块，GSM模块采用AT命令的形式将短信内容传送给STM32微处理器，STM32微处理器对接受到的命令进行分析处理后再由GSM模块把病人的监护状态信息通过GSM网反馈回去，以达到在家里亲属不必守候在病人旁边，在公共场合不必时刻陪伴病人，仅通过发送一条短信进行远程监护便能时刻得知病人的基本情况以及地理位置信息。

5）在病理监护模式：通过对比心率失常数据库和预先设定（也可以自定义）的康复计划，当检测到数据异常时，STM32微处理器自动把异常数据以时间、地点的列表格式存储在SD卡中，以HL7通信标准编码格式进行USB数据传输,并通语音预警让患者知晓，使患者按照LCD触摸屏上的健康计划进行科学的合理安排，为了提高采样效率，在微处理器的内存空间中开辟4KB作为数据缓冲区，当外部模拟信号送入A/D模块进行模数转换，利用 STM32 自带的 SPI 接口，其最大传输速率可达 18Mbps，并且每秒钟可以传输2M以上的数据。当接收到PC机的传输命令时，A/D模块每次转换结束之后，通过DMA方式将转换后的16位数据顺序搬移到数据缓冲区，待缓冲区满后，将4KB数据打包经由USB总线回传到PC终端，其USB控制流程如图4。若在预定义的时间内警报没有消除，则通过蓝牙自动发送指令控制手机终端拨打设置的特定电话比如120、指定医生或者亲属的手机号码，还可以向手机终端发送病人的基本信息（比如病人的姓名、病情提示、地理位置、亲人的手机号码），实现及时的远程监护。其蓝牙传输流程图如图5。

Claims (2)

1.一种多模式通信监护便携式心电仪，其特征在于，包括STM32微处理器、人机接口屏模块、手机终端、PC终端、GMS模块、GPS模块、SD卡存储模块、信号采集模块，信号采集模块包括前置放大电路、右腿驱动电路、带通滤波电路、主放大电路、工频陷波电路和电平抬升电路，左臂和右臂通过电极将人体的心电信号输入到前置放大电路进行差分放大，前置放大电路输出差分放大信号依次通过带通滤波电路、主放大电路、工频陷波电路和电平抬升电路，电平抬升电路输出心电信号送入STM32微处理器内的A/D模块，STM32微处理器通过蓝牙无线通讯与手机终端连接，STM32微处理器通过USB 与PC终端连接，STM32微处理器与GMS模块以及GPS模块互相通讯，STM32微处理器与SD卡存储模块互相交换数据，STM32微处理器数据送人机接口屏模块显示，人机接口屏模块设定指令到STM32微处理器。

2.一种多模式通信监护便携式心电仪通信方法，包括多模式通信监护便携式心电仪，其特征在于，具体包括如下步骤：

1）STM32微处理器完成各个模块的初始化之后，开始对信号采集模块送入的模拟心电信号进行A/D模数转换；

2）转化后的数字心电信号送到SD卡存储模块进行存储：根据人机接口屏模块的提示手动按键控制SD卡存储模块来存储长达24小时的心电数据，并建立基于SD卡的文件系统，把心电数据存储为TXT文件格式，通过USB接口与PC终端进行数据传输，同时将常见判断心脏病的数据库和病患治疗信息存储在SD卡中，并在人机接口屏模块上设置读取该信息的功能键；

3）对心电数据采集之后进行数据的分析：对采集得到的心电数据进行特征量分析并确定其特征值，调用SD卡内存储的常见心脏病的数据库，来判断心电数据是否异常，并把分析的结果通过人机接口屏模块在LCD触摸液晶屏上显示出来；

4）工作方式选定，设定运动监护和病理监护两种模式，并输入两种模式下的数据指标；

5）对分析后的心电信号，可以通过蓝牙与手机终端进行无线通信：当检测到的心电信号数据异常时STM32微处理器自动发送指令控制手机终端拨打急救电话；

6）对心电信号分析之后，若发现心电数据异常，则进行语言警报和红色Led灯闪烁预警，并把分析得到的异常心电结果在LCD触摸液晶屏上显示出来，STM32微处理器接受GPS模块接收的信息和通过蓝牙利用手机终端GPS的定位功能获取病人周边的地理位置并进行处理，计算出本地的经度、纬度以及周边医院的位置信息，通过GSM接收到请求信息，由GSM 模块把地址信息以及病人的基本信息发送给周边医院。