CN109887592A - 一种基于互联网的医疗数据采集和通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于互联网的医疗数据采集和通信系统，包括核心处理控制模块、MicroSD数据接收、电源管理模块、系统工作状态显示模块、WiFi数据传输模块、USB数据传输模块以及触摸屏显示模块。该系统能通过USB接口对心电图数据采集器的数据存取与清除，同时对心电图数据采集器进行充电，该设备具有唯一的用户ID识别号，并可以通过WIFI或有线局域网将用户的心电图数据上传到Icloud服务器，实现服务器与通信底座之间的数据交互。

Description

一种基于互联网的医疗数据采集和通信系统

技术领域

本发明属于互联网通信和医疗领域，尤其涉及一种基于互联网的医疗数据采集和通信系统。

背景技术

近年来，心血管疾病(CVD)的发病率呈现一种较高的态势且没有下降的趋向，在中国人群的首要死因中占据一席之地。根据中国心血管病报告，我国每年约有370万人死于CVD。平均下来每8.5秒便有1人死于CVD。我国庞大的人群基数和较高潜在心血管病的隐藏比例，使得这一疾病非常受大家重视。心血管疾病的发作非常随机且迅猛，心电图检查经常难以及时完成，使得我国 1.3亿高血压病人和3亿多烟民生活在危险之中。

随着人们的健康意识不断增强，并随着远程医疗概念的提出与研究的不断推进，国内外越来越多的心电设备被研发。1903年Einthoven发明心电图机，1957 年于美国问世的比较成熟的便携式心电监测设备，主要是被称为Holter的动态心电监护与分析系统，可以长时间采集心电数据，但是采集到的数据需要医护人员导入电脑进行分析，不能实时监测。研制一种能够将采集到的心电数据远程地、即时地传送至诊所、医院、诊疗中心等医疗机构的传输与中转系统，对于及时发现患者心脏问题，为患者赢得救治时间有着重要的实际意义。

因此，提出一种基于互联网的医疗数据采集和通信系统，是本领域急需解决的重大难题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于互联网的医疗数据采集和通信系统，以下简称通信系统。

本发明的技术方案主要基于互联网的医疗心电设备，主攻远程心电设备的通信系统。旨在利用互联网和大量数据的后续分析提前发现心脏的相关问题，为患者争取更多的生存机会。

本发明所述的一种基于互联网的医疗数据采集和通信系统，包括核心处理控制模块、MicroSD数据接收模块、电源管理模块、系统工作状态显示模块、WiFi 数据传输模块、USB数据传输模块以及触摸屏显示模块；

所述核心处理控制模块分别与所述的MicroSD数据接收模块、电源管理模块、系统工作状态显示模块、WiFi数据传输模块、USB数据传输模块以及触摸屏显示模块通过导线依次连接。

所述MicroSD数据接收模块包括SDIO接口，其数据来自外部采集器，所述 USB数据传输模块包括有线网络接口，所述系统工作状态显示模块包括其两个 LED指示灯。

所述核心处理控制模块完成对所述MicroSD数据接收模块的硬件和软件的控制功能，同时提供采集器的数据上传和基本诊断信息的下传功能。为了实现数据的无阻碍传输，该单元具有一定的存储器运算空间，其必须具备一定的程序存储空间。

所述MicroSD数据接收模块的数据文件采用SD卡分立的方式，可以建立于计算机或者通信系统之间的通信交互。通信系统在对采集器上传的数据中要将不含有的数据条目补充出来。而且通信系统和采集器之间要进行相关数据的规划，实现采集器与通信系统，通信系统与服务器之间的联系。

所述WiFi数据传输模块和USB数据传输模块完成数据的无线和有线的传输。通信系统与服务器之间的数据交互采用文件进行传输，先将通信系统的ID号与用户标记形成文件名,然后发送测试者身份结构体和Recording数据结构体。根据文件的长度，服务器端口可以验证数据的传输的完整性，尽量避免数据丢失。

所述系统工作状态显示模块指示系统工作正常与否以及数据是否在传输中。其两个LED指示灯：红灯常亮和常灭表示设备异常，闪烁表示设备正常运行；绿灯常灭表示无数据传输状态，闪烁表示网络数据正在传输状态。

所述触摸屏显示模块实现用户主动操作实现数据传输的功能。在用户可交互页面，用户登陆WiFi输入用户姓名，弹出提示框“联网成功，点击数据上传即可”，点击确定按钮后即控制完成数据上传。

本发明所述的一种基于互联网的医疗数据采集和通信系统，通过对硬件电路和软件程序的设计，可实现通过SDIO接口读取采集器SD卡上的用户心电数据，在核心处理器的控制下，通过WiFi或有限局域网将数据上传到Icloud服务器；或者使用有线网络接口即USB接口实现数据传输。前述USB接口除了实现数据有线传输外，且支持给系统充电，在现实生活是具有实际价值。

附图说明

图1：为本发明实施例的系统框图；

图2：为本发明实施例的MicroSD连接电路原理图；

图3：为本发明实施例的触摸原理图；

图4：为本发明实施例的AP6212连接原理图；

图5：为本发明实施例的MicroUSB连接原理图；

图6：为本发明实施例的电源管理电路图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本实例采集的医疗数据为心电数据。结构框图见图1，包括核心处理控制模块、MicroSD数据接收模块、电源管理模块、系统工作状态显示模块、WiFi数据传输模块、USB数据传输模块以及触摸屏显示模块；

所述核心处理控制模块分别与所述的MicroSD数据接收模块、电源管理模块、系统工作状态显示模块、WiFi数据传输模块、USB数据传输模块以及触摸屏显示模块通过导线依次连接。

所述MicroSD数据接收模块包括SDIO接口，其数据来自外部采集器，所述 USB数据传输模块包括有线网络接口，所述系统工作状态显示模块包括其两个 LED指示灯。

所述核心处理控制模块完成对所述MicroSD数据接收模块的硬件和软件的控制功能，同时提供采集器的数据上传和基本诊断信息的下传功能。为了实现数据的无阻碍传输，该单元具有一定的存储器运算空间，其必须具备一定的程序存储空间。

所述MicroSD数据接收模块的数据文件采用SD卡分立的方式，可以建立于计算机或者通信系统之间的通信交互。通信系统在对采集器上传的数据中要将不含有的数据条目补充出来。而且通信系统和采集器之间要进行相关数据的规划，实现采集器与通信系统，通信系统与服务器之间的联系。

所述WiFi数据传输模块和USB数据传输模块完成数据的无线和有线的传输。通信系统与服务器之间的数据交互采用文件进行传输，先将通信系统的ID号与用户标记形成文件名,然后发送测试者身份结构体和Recording数据结构体。根据文件的长度，服务器端口可以验证数据的传输的完整性，尽量避免数据丢失。

所述系统工作状态显示模块指示系统工作正常与否以及数据是否在传输中。其两个LED指示灯：红灯常亮和常灭表示设备异常，闪烁表示设备正常运行；绿灯常灭表示无数据传输状态，闪烁表示网络数据正在传输状态。

所述触摸屏显示模块实现用户主动操作实现数据传输的功能。在用户可交互页面，用户登陆WiFi输入用户姓名，弹出提示框“联网成功，点击数据上传即可”，点击确定按钮后即控制完成数据上传。

本实例采集的医疗数据为心电数据。结构框图见图1。所述核心处理控制模块采用TI公司的Cortex^TM-M3CPU控制芯片STM32F103ZET6；所述MicroSD 数据接收模块采用MicroSD卡槽；所述电源管理模块采用采用AXP228电源管理芯片，电源适配器采用宽电源输入6-12V的电源适配器，源的芯片的选择采用 LM2678系列单片集成电路；所述WiFi数据传输模块采用TCP/IP协议与服务器以太网采用ENC28J60芯片；所述USB数据传输模块采用USB接口桥接控制芯片PL-2303；所述触摸屏显示模块采用外界触摸屏rxa043001。

下面结合图二至图六介绍本发明的具体实施方式及其工作原理为：

基于互联网的医疗数据采集和通信系统通过各种硬件接口电路接口设计与合适的软件编程实现功能，通过SD卡或USB传输线和设定好的文件系统直接读取心电数据文件，完成医疗数据文件的获取，并利用WIFI或将用户数据文件上传到ICloud服务器实现服务器与通信系统之间的数据交互，通过Qt软件开发完成嵌入式设备的界面显示与用户交互，即用户可在嵌入式设备的触摸屏系统上进行操作。以下按照工作原理及工作方式介绍实施例中模块按步骤如何实现功能。

功能1：系统医疗数据传输接收。基于互联网的医疗数据采集和通信系统通过各种硬件接口电路接口设计与合适的软件编程实现功能，通过SD卡或USB 传输线和设定好的文件系统直接读取心电数据文件，完成医疗数据文件的获取， MicroSD卡，原名Trans-flashCard(TF卡),是一种极其微小的快闪存储器卡, 体积仅为15mm x 11mm x1mm，是目前最迷你的记忆卡。MicroSD卡也能通过SD转接卡来接驳于SD卡插槽中使用。在心电数据系统这种小型而大容量高速率的数据存储中非常实用。其电路连接见图2。

本实施例中心电存储数据文件采用SD卡分立的方式，可以建立于计算机或者通信系统之间的通信交互。为了保证采集器的存取能力，SD卡中采集器的数据不含有FDA中的众多条目，因此，通信系统在对采集器上传的数据中要将不含有的数据条目补充出来。而且通信系统和采集器之间要进行相关数据的规划，实现采集器与通信系统，通信系统与服务器之间的联系。时间的存取采用格林尼治标准时间戳为标准来对时间进行秒计数，对应数据长度为4字节。每条数据记录将格林尼治标准时间转换成时间的结构体，可以采用联合和结构体的形式。

功能2：触摸屏显示。通过Qt软件开发完成嵌入式设备的界面显示与用户交互，即用户可在嵌入式设备的触摸屏系统上进行操作。本实施例液晶显示器中的LVDS接口电路由两部分组成，即主板侧的LVDS输出接口电路(发送端) 和液晶面板侧的LVDS输入接口电路(接收器)。LVDS发送端的作用是把TTL 晶体管逻辑电路信号转换为LVDS信号，然后通过排线将信号传送到液晶面板侧的LVDS接收端的LVDS解码IC中，LVDS接收器再将串行信号转换为 TTL电平的并行信号，传送给液晶屏时序控制与行列驱动电路，实现了低噪声和低功耗，增强了抗干扰能力。

因为Nanopi s2上不带触摸屏，所以选择外接触摸屏rxa043001，是一个 4.3寸电阻手写触摸屏。为了实现核心板CPU与触摸屏的I2C信号交互，设计一个如下简易电路。电路使用STM8S103实现触摸屏驱动，其I2C接口最高可到400Kbit/s，还设计两个插排LCD1、LCD2实现信号交互，因为Nanopi s2LCD接口为45pin，所以设计为每个插排40pin，保证除高电平低电平等固有信号脚外，其他信号均有双向通道。电路连接见图3。

功能3：WIFI无线传输。本通信系统可利用WIFI或将用户数据文件上传到 ICloud服务器实现服务器与通信系统之间的数据交互。Wi-Fi模块又名串口 Wi-Fi模块，是将串口或TTL电平转为符合Wi-Fi无线网络通信标准的嵌入式模块，内置无线网络协议IEEE802.11b.g.n协议栈和TCP/IP协议栈，属于物联网传输层。传统的硬件设备嵌入Wi-Fi模块可以直接利用Wi-Fi联入互联网，是实现无线智能家居、M2M等物联网应用的重要组成部分。

本实例采用AP6212模块，是台湾Ampak新推出的广泛应用于Rockchip AllwinnerAmlogic等平台的WiFi平台，是一种SDIO-WiFi模块。SDIO-WiFi 模块是基于SDIO接口的符合wifi无线网络标准的嵌入式模块，和其他WiFi 模块一样内置无线网络协议IEEE802.11协议栈和TCP/IP协议栈，能够实现用户主平台数据通过SDIO口到无线网络之间的转换。

Wifi接口控制器采用TCP/IP协议与服务器(或者PC机)进行稳定可靠通讯。控制器分配一个唯一的IP地址，通过IP地址进行控制数据的传输区分，同时内嵌用于主处理器(MCPU)的64KB数据存储器及用于Wi-Fi处理器(WCPU) 的32KB数据存储器，而内置的TCP/IP加速器兼容802.11a/b/g的无线网MAC/ 基带，快速以太网MAC及丰富的通信外设，可用于各类需要接入有线/无线以太网、局域网/互联网的设备。

工作方式采用被动型串口设备联网，在系统中AP6212一直处于被动的等待连接状态，仅由用户通过Qt界面操作主动发起与设备的连接并请求上传数据。每个传感器终端一直在采集实时心电数据文件，但采集到的心电数据文件并不会马上上传，而是暂时保存在设备中。AP6212连接见图4。

功能4：USB无线传输。MciroUSB用于充电和补充数据传输，有条件时通信系统可以进行直接简单的USB数据传输。NanoPi S2板的核心处理器 S5P4418有HOST口、HSIC口、OTG口各一路。并且它的OTG口可作 HOST口或者DEVICE用，也就是普遍意义上的OTG口。USB外设可以直接连接HOST口，但是HSIC口则需要先使用桥接芯片转换为标准的HOST接口，才可连接外设。电路连接见图5。

有条件时通信系统可以进行直接简单的USB数据传输。可以在没有主机的情况下进行数据传输，适用于高速率数据传输。同时提供供电功能，具有高达 10000次的插拔寿命和强度，盲插结构设计，更节省空间。

功能5：电源管理即充放电管理。电源管理是指将电源有效分配给系统的不同组成部分。电源管理对便捷携带流动性强的移动式设备非常重要，因为这种设备非常依赖电池电源。降低系统各组成部分待机或闲置时的能耗是电源管理的主要目的，优秀的电源管理系统能够将电池寿命延长两倍或三倍，让用户更加省心出行。

本次设计PMU电源管理采用AXP228电源管理芯片，支持电池充放电功能，在开发板底板上预留有可用于给开发板供电的电池接口，与此同时，接外部适配器时，电池依旧充电，待机电流小于15mA。AXP228是一个高度集成的电源系统管理芯片，支持软件关机和睡眠唤醒，支持无电池供电系统开机，自动检测USB充电，避免造成OTG通信异常，支持自诊断。AXP228针对单芯锂电池且需要进行多通道电源转换输出的应用，提供了一个简单的和灵活的多核处理器电源管理解决方案以满足日益复杂的和精确的功率控制的要求。硬件设计图见图6。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种基于互联网的医疗数据采集和通信系统，其特征在于，包括：

核心处理控制模块、MicroSD数据接收模块、电源管理模块、系统工作状态显示模块、WiFi数据传输模块、USB数据传输模块以及触摸屏显示模块；

所述核心处理控制模块分别与所述的MicroSD数据接收模块、电源管理模块、系统工作状态显示模块、WiFi数据传输模块、USB数据传输模块以及触摸屏显示模块通过导线依次连接。

2.根据权利要求1所述的基于互联网的医疗数据采集和通信系统，其特征在于：所述MicroSD数据接收模块包括SDIO接口，其数据来自外部采集器，所述USB数据传输模块包括有线网络接口，所述系统工作状态显示模块包括其两个LED指示灯；所述MicroSD数据接收模块的数据文件采用SD卡分立的方式，可以建立于计算机或者通信系统之间的通信交互；通信系统在对采集器上传的数据中要将不含有的数据条目补充出来；而且通信系统和采集器之间要进行相关数据的规划，实现采集器与通信系统，通信系统与服务器之间的联系。

3.根据权利要求1所述的基于互联网的医疗数据采集和通信系统，其特征在于：所述核心处理控制模块完成对所述MicroSD数据接收模块的硬件和软件的控制功能，同时提供采集器的数据上传和基本诊断信息的下传功能；为了实现数据的无阻碍传输，该单元具有一定的存储器运算空间，其必须具备一定的程序存储空间。

4.根据权利要求1所述的基于互联网的医疗数据采集和通信系统，其特征在于：所述WiFi数据传输模块和USB数据传输模块完成数据的无线和有线的传输；通信系统与服务器之间的数据交互采用文件进行传输，先将通信系统的ID号与用户标记形成文件名,然后发送测试者身份结构体和Recording数据结构体；根据文件的长度，服务器端口可以验证数据的传输的完整性，尽量避免数据丢失。

5.根据权利要求1所述的基于互联网的医疗数据采集和通信系统，其特征在于：所述系统工作状态显示模块指示系统工作正常与否以及数据是否在传输中；其两个LED指示灯：红灯常亮和常灭表示设备异常，闪烁表示设备正常运行；绿灯常灭表示无数据传输状态，闪烁表示网络数据正在传输状态。

6.根据权利要求1所述的基于互联网的医疗数据采集和通信系统，其特征在于：所述触摸屏显示模块实现用户主动操作实现数据传输的功能；在用户可交互页面，用户登陆WiFi输入用户姓名，弹出提示框“联网成功，点击数据上传即可”，点击确定按钮后即控制完成数据上传。