CN104921714A - 一种基于基带处理器及Android系统的电生理数据监测系统 - Google Patents

Abstract

一种基于基带处理器及Android系统的电生理数据监测系统由穿戴设备、脉搏波传感器、生理数据采集终端、多功能监护仪、后台服务器组成。多功能监护仪带有基带处理器，内部嵌有Android操作系统以及在操作系统中运行的应用程序模块，可随时查看生理数据状态。心电信号传感器、体温传感器以及加速度传感器置于穿戴设备内，各传感器与生理数据采集终端内相应的信号检测电路相连。生理数据采集终端内置各信号检测电路、滤波放大电路、模数转换电路、RAM模块及DSP模块。生理数据采集终端将处理后的生理数据暂存于RAM模块，在DSP模块的控制下将其传输到多功能监护仪，多功能监护仪通过通信网络或无线网络向后台服务器发送生理数据包，从而实现生理数据的实时动态监测。

Description

一种基于基带处理器及Android系统的电生理数据监测系统

技术领域

本发明涉及一种动态全方位电生理数据检测系统，特别是一种基于基带处理器及Android系统的电生理数据监测系统，通过2G/3G(三网通用)/蓝牙/Wi-Fi数据传输，实现电生理数据的实时动态检测，适用于家庭或社区医疗服务，实现健康状况的实时跟踪。

背景技术

人体循环系统由心脏和血管组成，主要功能是向生理输送血液和排除代谢物，一旦出现功能障碍就会引发心血管疾病，从而威胁人类健康。随着科技水平技术的进步，远程医疗监护系统逐渐应用于生理数据实时动态监测，实现对心血管系统功能的实时监测及健康状况跟踪，有效地降低了心血管疾病的死亡率。计算机技术、微电子技术、无线电通信技术、微弱信号检测技术以及材料科学的快速发展，使得穿戴式健康监测系统成为人们的研究重点。穿戴式健康检测系统将健康参数传感器佩戴到人体上，采集人体各项生理指标，远程传输到位于医疗机构的生理数据监护中心，由监护人员在线监护，当使用者某项生理指标出现异常时，可以及时地发现并立即采取有效的措施防范，同时不影响其正常生活。而传统的临床生理监测系统结构比较复杂，体积大，无法实现实时跟踪监测，严重地限制了使用者的活动范围。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于基带处理器及Android系统的电生理数据监测系统，各种传感器检测的电生理数据经数模转换以及滤波放大处理后，通过数据线传输到多功能监护仪，多功能监护仪通过2G/3G(三网通用)/蓝牙/Wi-Fi将生理数据传送到后台服务器，实现生理数据的实时动态监测。

本发明的技术解决方案为：一种基于基带处理器及Android系统的电生理数据监测系统由穿戴设备、脉搏波传感器、生理数据采集终端、多功能监护仪、后台服务器组成。穿戴设备包括穿戴衣、心电信号传感器、体温传感器以及加速度传感器。心电信号传感器为导电纺织材料制成的心电测量电极，通过改变电极与皮肤接触的涂层材料及调整外形尺寸，可改善由于电极与皮肤接触阻抗变化引起的干扰，从而提高心电信号信噪比；脉搏波传感器基于光电容积测量法，将人体指端光电容积脉搏波信号转换为电信号；体温传感器与人体接触，将人体温度转换为电信号；加速度传感器通过监测使用者的重力加速度，实现跌倒探测和活动度监测。生理数据采集终端内置心电信号检测电路、体温信号检测电路、脉搏波信号检测电路、加速度检测电路、模数转换电路、滤波放大电路、RAM模块及DSP模块。各种检测电路的作用是完成对相应生理信号的采集；滤波放大电路的作用是对采集到的各种生理信号进行滤波，滤除混杂在生理信号中的噪声并将滤波后的信号进行放大至模数转换器可以识别的范围；模数转换电路将滤波放大后的各种生理信号转换为数字信号；RAM模块用来暂存各种生理数据，采用的芯片为IDT70V24PF。心电信号传感器、体温传感器、脉搏波传感器及加速度传感器通过导线与生理数据采集终端内相应的检测电路相连接，并将检测的各种生理数据传输到生理数据采集终端，生理数据采集终端对检测的各种生理数据进行滤波放大及模数转换，并将其存储到RAM模块中。DSP模块通过地址总线和数据总线与RAM模块互连，各种生理数据分别通过MIL-STD-1553B接口、扩展RS-422接口及ARINC-429接口传输到多功能监护仪，多功能监护仪带有基带处理器，内部嵌有Android操作系统以及在操作系统中运行的应用程序模块，可实时查看使用者的生理数据，并能够通过2G/3G/蓝牙/Wi-Fi向后台服务器发送生理数据包。多功能监护仪采用高清彩屏，具有单通道心电采集和实时记录功能，支持事件记录；可以自动识别九种常见的心电异常，如心动过缓、心动过速、阵发性心动过速、心房颤动、室性二联律、室性三联律、停搏、室上性早搏、ST-T改变，并且能够检测和记录起搏器信息，支持皮肤表面温度、血压信息的采集、记录以及异常信号报警功能；能够通过加速度检测实现跌倒探测和活动度监测；支持位置记录，可以进行GPS+GSM基站双定位定位，快速获得使用者的当前地理位置；佩戴语音播报、导联电极异常语音报警以及语音对话功能；内置可充电聚合物电池，支持USB及底座数据传输、充电功能，低功耗设计，一次充电可监护24小时；紧急情况下，可按SOS键，发送求助短信至家属手机，并同步发送此时间段的心电图到后台服务器。后台服务器装有监护软件，可建立和存储数据、显示生理信号图像、提取或计算生理信号特征信息、识别异常心电波形及辅助功能，能够根据多功能监护仪传送的数据包对生理信号作进一步分析；最终实现使用者各种生理数据的实时动态监测。

上述方案的原理是；心电信号传感器采用基于织物电极的心电检测技术；脉搏波传感器采用基于光电容积测量法；将人体指端光电容积脉搏波信号转换为电信号，脉搏波信号用来计算血氧饱和度，并与心电信号结合计算血压值；体温传感器与人体接触，将人体温度转换为电信号；加速度传感器通过监测使用者的重力加速度实现跌倒探测和活动度监测。各种传感器检测的生理信号经过导线传输到生理数据采集终端，生理数据采集终端对检测的各种生理信号进行数模转换以及滤波放大处理，将处理之后的生理数据存储在RAM模块中。在DSP模块的控制下，各种生理数据通过数据线传输到多功能监护仪，多功能监护仪带有基带处理器，内部嵌有Android操作系统以及在操作系统中运行的应用程序模块，可实时查看使用者的生理数据，并能够通过2G/3G(三网通用)/蓝牙/Wi-Fi向后台服务器发送生理数据包。从而实现使用者各种生理数据的实时动态监测。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明设计了基于基带处理器及Android操作系统的多功能监护仪器，可实时查看使用者的生理数据，提高了监测效率。

(2)本发明用DSP模块结构实现MIL-STD-1553B接口、ARINC-429接口、扩展RS-422接口在同一数据总线和地址总线的情况下分时复用。

附图说明

图1为本发明所述基带处理器及Android系统的电生理数据监测系统示意图；

图2为本发明所述DSP模块控制系统模块示意图；

图3为本发明所述RAM模块示意图；

图4为本发明所述的MIL-STD-1553B接口模块示意图；

图5为本发明所述的扩展RS-422接口模块示意图；

图6为本发明所述的ARINC-429接口模块示意图；

具体实施方式

如图1所示，基于基带处理器及Android系统的电生理数据监测系统由穿戴设备、脉搏波传感器、生理数据采集终端、多功能监护仪、后台服务器组成。穿戴设备包括穿戴衣、心电信号传感器、体温传感器以及加速度传感器。心电信号传感器为导电纺织材料制成的心电测量电极，通过改变电极与皮肤接触的涂层材料及调整外形尺寸，可改善由于电极与皮肤接触阻抗变化引起的干扰，从而提高心电信号信噪比；脉搏波传感器基于光电容积测量法，将人体指端光电容积脉搏波信号转换为电信号；体温传感器与人体接触，将人体温度转换为电信号；加速度传感器通过监测使用者的重力加速度，实现跌倒探测和活动度监测。生理数据采集终端内置心电信号检测电路、体温信号检测电路、脉搏波信号检测电路、加速度检测电路、模数转换电路、滤波放大电路、RAM模块及DSP模块。各种检测电路的作用是完成对相应生理信号的采集；滤波放大电路的作用是对采集到的各种生理信号进行滤波，滤除混杂在生理信号中的噪声并将滤波后的信号进行放大至模数转换器可以识别的范围；模数转换电路将滤波放大后的各种生理信号转换为数字信号；RAM模块用来暂存各种生理数据，采用的芯片为IDT70V24PF。心电信号传感器、体温传感器、脉搏波传感器及加速度传感器通过导线与生理数据采集终端内相应的检测电路相连接，并将检测的各种生理数据传输到生理数据采集终端，生理数据采集终端对检测的各种生理数据进行滤波放大及模数转换，并将其存储到RAM模块中。DSP模块通过地址总线和数据总线与RAM模块互连，各种生理数据分别通过MIL-STD-1553B接口、扩展RS-422接口及ARINC-429接口传输到多功能监护仪，多功能监护仪带有基带处理器，内部嵌有Android操作系统以及在操作系统中运行的应用程序模块，可实时查看使用者的生理数据，并能够通过2G/3G/蓝牙/Wi-Fi向后台服务器发送生理数据包。多功能监护仪采用高清彩屏，具有单通道心电采集和实时记录功能，支持事件记录；可以自动识别九种常见的心电异常，如心动过缓、心动过速、阵发性心动过速、心房颤动、室性二联律、室性三联律、停搏、室上性早搏、ST-T改变，并且能够检测和记录起搏器信息，支持皮肤表面温度、血压信息的采集、记录以及异常信号报警功能；能够通过加速度检测实现跌倒探测和活动度监测；支持位置记录，可以进行GPS+GSM基站双定位定位，快速获得使用者的当前地理位置；佩戴语音播报、导联电极异常语音报警以及语音对话功能；内置可充电聚合物电池，支持USB及底座数据传输、充电功能，低功耗设计，一次充电可监护24小时；紧急情况下，可按SOS键，发送求助短信至家属手机，并同步发送此时间段的心电图到后台服务器。后台服务器装有监护软件，可建立和存储数据、显示生理信号图像、提取或计算生理信号特征信息、识别异常心电波形及辅助功能，能够根据多功能监护仪传送的数据包对生理信号作进一步分析；最终实现使用者各种生理数据的实时动态监测。

图2为本发明所述DSP模块控制系统模块示意图；所述DSP模块通过地址总线和数据总线与RAM模块互连；DSP模块通过数据总线分别与MIL-STD-1553B接口模块、ARINC-429接口模块及RS-422接口模块相连；DSP模块通过地址总线分别与MIL-STD-1553B接口模块和ARINC-429接口模块相连，实现电生理数据的传输。

图3为本发明的RAM模块电路图。IDT70V24PF与DSP模块信号交联，DSP_A0-11为地址总线，DSP_D0-15为数据总线，DSP_CS_RAM模块为DSP模块对RAM模块的片选信号，DSP_R/W为读/写信号，DSP_OE为DSP模块对RAM模块的使能信号。DSP_BUSY信号连接DSP模块的一个GPIO口，用来告诉DSP模块RAM模块正处于BUSY状态，DSP_BUSY信号为低有效。

图4为本发明的MIL-STD-1553B接口模块电路图。BU-61580是DDC公司设计的MIL-STD-1553B总线控制芯片，其集MIL-STD-1553B总线协议的BC/RT/MT模式与一身，具有双收发器模块、协议处理器部件、存储器管理部件以及与不同微处理器的逻辑接口。1553B_A0-15为16位地址总线；DATA_0_15为16位数据总线，两者都与DSP模块相连。SEL为BU-61580的芯片选通引脚；STR为BU-61580的数据选通引脚；MEM/REG为BU-61580的RAM模块或寄存器选通引脚，用于选择操作芯片的RAM模块或者寄存器；R/W为BU-61580的读/写操作位；MST为BU-61580的上电复位信号，低电平有效，正常工作以后为高电平。以上信号都与CPLD模块相连，由CPLD利用DSP模块给出的信号解码之后来操作BU-61580。图5中S1器件为5路拨码开关，用来操作RTADP和RTAD0-3的引脚电平，以设置BU-61580的RT地址。B-3067为BU-61580与外部接口相连的传输变压器。

图5为本发明的扩展RS-422接口模块电路图。电路中所用的串口扩展芯片SC16C554最多可扩展4路串口，最大支持波特率5Mbps，配套的RS422处理电路芯片是MAX3490。554_D0-8为8为数据总线；554_A0-2为3路地址总线，都与DSP模块相连。SC16C554可对每一路串口进行单独操作，554_CSA-554_CSD为四路串口通道的片选信号，与CPLD模块相连。554_IOR和554_IOW分别为SC16C554的读、写信号，也与CPLD模块相连。

图6为本发明的ARINC-429接口模块电路图。所用的429收发芯片HS3282和HS3182可实现ARINC-429的两路接收和一路发送功能。429_D0-15为16位数据总线与DSP模块相连。429_RDY1和429_RDY2分别为两路接收通道的接收REDAY信号；429_SEL为HS3282芯片的选通信号；429_EN1和429_EN2分别为两路接收通道的数据使能信号；ARINC-429数据的收发格式是32位的，429_PL1和429_PL2分别是低16位和高16位选择信号；429_TX/R为HS3282芯片的发送、接收标志位；429_ENTX为HS3282芯片的发送使能位。以上信号都与CPLD模块相连，通过由CPLD利用DSP模块给出的信号解码之后来操作HS3282芯片。

本发明未详细公开的部分属于本领域的公知技术。

Claims (1)

1.一种基于基带处理器及Android系统的电生理数据监测系统，其特征在于：由穿戴设备、脉搏波传感器、生理数据采集终端、多功能监护仪、后台服务器组成。穿戴设备包括穿戴衣、心电信号传感器、体温传感器以及加速度传感器。心电信号传感器为导电纺织材料制成的心电测量电极，通过改变电极与皮肤接触的涂层材料及调整外形尺寸，可改善由于电极与皮肤接触阻抗变化引起的干扰，从而提高心电信号信噪比；脉搏波传感器基于光电容积测量法，将人体指端光电容积脉搏波信号转换为电信号；体温传感器与人体接触，将人体温度转换为电信号；加速度传感器通过监测使用者的重力加速度，实现跌倒探测和活动度监测。生理数据采集终端内置心电信号检测电路、体温信号检测电路、脉搏波信号检测电路、加速度检测电路、模数转换电路、滤波放大电路、RAM模块及DSP模块。各种检测电路的作用是完成对相应生理信号的采集；滤波放大电路的作用是对采集到的各种生理信号进行滤波，滤除混杂在生理信号中的噪声并将滤波后的信号进行放大至模数转换器可以识别的范围；模数转换电路将滤波放大后的各种生理信号转换为数字信号；RAM模块用来暂存各种生理数据，采用的芯片为IDT70V24PF。心电信号传感器、体温传感器、脉搏波传感器及加速度传感器通过导线与生理数据采集终端内相应的检测电路相连接，并将检测的各种生理数据传输到生理数据采集终端，生理数据采集终端对检测的各种生理数据进行滤波放大及模数转换，并将其存储到RAM模块中。DSP模块通过地址总线和数据总线与RAM模块互连，各种生理数据分别通过MIL-STD-1553B接口、扩展RS-422接口及ARINC-429接口传输到多功能监护仪，多功能监护仪带有基带处理器，内部嵌有Android操作系统以及在操作系统中运行的应用程序模块，可实时查看使用者的生理数据，并能够通过2G/3G/蓝牙/Wi-Fi向后台服务器发送生理数据包。多功能监护仪采用高清彩屏，具有单通道心电采集和实时记录功能，支持事件记录；可以自动识别九种常见的心电异常，如心动过缓、心动过速、阵发性心动过速、心房颤动、室性二联律、室性三联律、停搏、室上性早搏、ST-T改变，并且能够检测和记录起搏器信息，支持皮肤表面温度、血压信息的采集、记录以及异常信号报警功能；能够通过加速度检测实现跌倒探测和活动度监测；支持位置记录，可以进行GPS+GSM基站双定位定位，快速获得使用者的当前地理位置；佩戴语音播报、导联电极异常语音报警以及语音对话功能；内置可充电聚合物电池，支持USB及底座数据传输、充电功能，低功耗设计，一次充电可监护24小时；紧急情况下，可按SOS键，发送求助短信至家属手机，并同步发送此时间段的心电图到后台服务器。后台服务器装有监护软件，可建立和存储数据、显示生理信号图像、提取或计算生理信号特征信息、识别异常心电波形及辅助功能，能够根据多功能监护仪传送的数据包对生理信号作进一步分析；最终实现使用者各种生理数据的实时动态监测。