CN2832051Y

CN2832051Y - 嵌入式蓝牙无线监护仪

Info

Publication number: CN2832051Y
Application number: CN 200520062982
Authority: CN
Inventors: 吴效明; 李伟; 吴凯
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2005-08-16
Filing date: 2005-08-16
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2015-08-16

Abstract

本实用新型公开了一种嵌入式蓝牙无线监护仪，主控制处理器模块分别与生理信号模拟调理模块、FLASH ROM数据存储模块、DRAM内存模块、USB/UART传输模块、LCD液晶显示模块、触摸屏模块、操作按键模块连接，所述USB/UART传输模块与蓝牙无线网络模块连接。本实用新型可同时检测多种生理参数，可提供更充分的生命体征信息，具有低成本、高可靠性等特点。

Description

嵌入式蓝牙无线监护仪

技术领域

本实用新型属于医疗电子器械领域，特别涉及一种嵌入式蓝牙无线监护仪。

背景技术

现有的医疗监护仪一般存在以下问题。首先，由于传统的心电图仪和心电监护仪体积较大，附件较多，因此在危重病人抢救、外出巡诊、野战条件等特殊应用场合，在现场需要立即了解病人心脏状况的情况，医务人员深感不便。人们迫切需要一种小型轻便，具有实时清晰心电图(ECG)波形显示和ECG自动分析处理的多功能嵌入式心电监护仪。其次，在现有医疗监护系统中，患者身上佩戴的传感器采集的数据多通过有线的方式即串口电缆(RS232/485)传送到PC上或通过串口联网服务器传到局域网上。由于将检测设备通过有线方式连到人体上进行监测的传统方法会使患者感觉受到束缚，无法放松心情，影响日常工作生活，而人体处于自然状态时的生理信号才能够真实地反映其生理状况，从而导致所检测到的数据不准确或意义不大。再者，现有各种医用设备组网为有线方式，不灵活方便，且需网络布线的要求和费用。最后，当前技术存在的检测参数单一、扩展能力不强、交互能力差等缺陷。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种嵌入式蓝牙无线监护仪。该嵌入式蓝牙无线监护仪体积小、附件少、蓝牙无线检测传输方式、组网方便、检测参数多样、扩展交互能力好。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：一种嵌入式蓝牙无线监护仪，包括电源管理模块，主控制处理器模块分别与生理信号模拟调理模块、FLASHROM数据存储模块、DRAM内存模块、USB/UART传输模块、LCD液晶显示模块、触摸屏模块、操作按键模块连接，所述USB/UART传输模块与蓝牙无线网络模块连接。

所述USB/UART传输模块采用USB/UART芯片；蓝牙无线网络模块采用单片式BLUECORE2-EXTERNAL芯片；所述蓝牙无线网络模块由BLUECORE2-EXTERNAL芯片和外围元件组成，外围元件包括电源电路，射频滤波电路和射频天线。所述USB/UART传输模块与蓝牙无线网络模块连接通过USB/UART传输模块的UART接口与蓝牙无线网络模块的BLUECORE2-EXTERNAL芯片的UART接口连接、USB/UART传输模块的USB接口与蓝牙无线网络模块的BLUECORE2-EXTERNAL芯片的USB接口连接。

所述主控制处理器模块以RISC ARM7DMI内核为主CPU芯片。所述FLASH ROM数据存储模块采用64Mbits FLASH ROM、256Mbits FLASHROM。所述触摸屏模块包括触摸屏、触摸屏信号检测和转换电路，所述触摸屏采用四线电阻式触摸屏。

该嵌入式蓝牙无线监护仪实现医疗监护设备的多生理参数的检测存储和实时显示，提供更充分的生命体征信息；生理数据分析诊断、阈值设置及监督报警；用蓝牙技术实现生理数据传输无线化的同时实现使具有蓝牙接口的检测设备利用蓝牙无线网络组网；内含嵌入式操作系统和数据分析诊断应用软件。

本实用新型嵌入式蓝牙无线监护仪包括硬件电路部分和片上软件部份。

该嵌入式蓝牙无线监护仪硬件电路部分：

(1)生理信号模拟调理模块实现对多生理信号的拾取，对高频、工频等干扰信号进行滤波和抑制，对模拟量进行放大、零点调整和满量程调整。由于人体生理信号十分微弱，在检测生理信号的同时存在强大的干扰，如工频50Hz和极化电压等干扰。因此，前级采用运放组成并联型差动放大器，后级电路采用廉价的仪器放大器，将双端信号转换为单端信号输出。

(2)主控制处理器模块结合μcLinux嵌入式操作系统实现对模拟生理信号的A/D模数转换，数字滤波，数据计算分析，同时控制和管理硬件部分的每个模块。

(3)FLASH ROM数据存储模块利用大容量高速FLASH ROM，实现各种生理数据的实时存储，可同时存储24小时的动态心电图(ECG)和心率、血氧饱和度和体温等综合生理参数，FALSH ROM具有可擦除，可写入功能，即使系统电源关闭，其上的存储数据也不会丢失。

(4)蓝牙无线网络模块实现生理数据的无线传输和蓝牙无线网络服务，与PC上的蓝牙无线端口连接实现蓝牙技术中的微微网(Piconet)，即同时最多可由8台带蓝牙接口的设备构成的对等的蓝牙无线网络。蓝牙无线技术是一种小范围信息无线传输系统，已由Bluetooth SIG组织制定蓝牙1.2系统国际规范。当前对蓝牙无线技术的应用主要集中于小型的移动通信设备，它不仅仅简单消除了电缆连接，还提供了包括网络在内的宽范围标准设备和通信选项的入口。由于采用了快速跳频和FEC纠错编码等技术，蓝牙具有很高的抗干扰能力，实验表明，即使周围有微波炉或802.11b设备这样的同频段干扰源存在，蓝牙设备只是通信速率有所降低，不会出现链路中断或数据出错的情况。蓝牙技术具有稳定可靠的多点接入能力，一个蓝牙接入终端可同时实现与多个接入设备的数据通讯，同时蓝牙无线发射的功率很小。

(5)LCD液晶显示模块，触摸屏模块，操作按键模块共同实现人机界面，完成生理信号和参数的实时显示，应用软件的操作界面的操作和按键信息的输入。

该嵌入式蓝牙无线监护仪还包括片上软件部分：

片上软件部分包括μcLinux嵌入式操作系统，片上驱动程序及智能化的片上生理参数诊断分析显示应用软件。

(1)μcLinux嵌入式操作系统是面向微控制领域的嵌入式Linux系统。μcLinux具有开放源码、完全免费、可灵活裁减、网络支持完善等特点，μcLinux作为蓝牙接入终端开发的软件平台。

(2)片上驱动程序符合μcLinux嵌入式操作系统所需的规范，实现对系统各种硬件资源的底层功能，实现向较高软件层提供透明支持。

(3)智能化的片上生理参数诊断分析显示应用软件，应用现代时域、频域及时频结合的小波分析方法，它不仅使检测更精密、更准确，而且能对数据进行快速自动分析处理，并结合医学专家经验解决生物医学信号自动检测，分析及显示。应用程序的开发在嵌入式软件开发环境下，由C/C++语言交叉编译完成。

本实用新型嵌入式蓝牙无线监护仪工作原理如下：

由ECG(动态心电图)导联电极来检测反映心脏电生理活动的心电信号，由CAP(颈动脉搏动波)传感器来检测反映心脏泵生理功能的心机械信号(颈动脉搏动波)，由PCG(心音图)传感器来检测反映心脏运动的生理声信号(心音)，由温度传感器检测体温信号，由血氧传感器检测血氧饱和度信号；这些信号分别送到各自的生理信号模拟调理模块，针对各种信号的特点和要求进行放大，滤波等处理，并将信号调整到一定的幅度(此处为0～2.5V以内)；再经十位的A/D转换器把模拟信号转换成数字信号；主控制处理器模块对数据进行分析处理和阈值比较及报警，同时由LCD液晶显示模块以图形方式实时显示ECG图形和测量结果，由FLASH ROM数据存储模块完成对数据的压缩存储，如果选择了蓝牙无线传输功能，则可将数据实时发送到工作站，得出检测报告。

该嵌入式蓝牙无线监护仪，用蓝牙无线链路替代常规的有线电缆，用蓝牙无线网络替代有线网络，能够多路采集、实时显示，二十四小时生理信息存储，生理参数统计分析诊断并监督报警，内含嵌入式操作系统的，实时检测人体心电信号、心率、血氧饱和度、体温等多生理参数监护仪。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和效果：

1、本实用新型可同时检测多种生理参数，相比单一参数检测，可提供更充分的生命体征信息；

2、本实用新型采用蓝牙技术替代传统的有线连接，使而人体处于自然状态，检测得到的信号能够更真实地反映其生理状况；

3、本实用新型应用现代时域、频域及时频结合的小波分析方法，并结合医学专家经验解决生物医学信号自动检测与分析问题；

4、本实用新型实现了对各参数的监督报警、信息存储和传输，病人可以随身监护、近距离集中监护以及远程医疗监护，帮助医护人员对患者病情进行监测和防护；

5、本实用新型基于蓝牙技术的嵌入式多生理参数检测仪，体系结构更先进，更利于功能扩展、二次开发和执行复杂快速的信号检测和分析处理；

6、蓝牙芯片的成本相对较低，基于蓝牙技术的系统具有很高的抗干扰能力和多点接入能力，使得本实用新型具有低成本、高可靠性的特点。

附图说明

图1为嵌入式蓝牙无线监护仪的系统框图；

图2为嵌入式蓝牙无线监护仪的主控制器模块电路原理图；

图3为嵌入式蓝牙无线监护仪的蓝牙无线网络模块电路原理图；

图4为嵌入式蓝牙无线监护仪的软件系统的层次结构图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

如图1所示嵌入式蓝牙无线监护仪，包括电源管理模块，主控制处理器模块分别与生理信号模拟调理模块、FLASH ROM数据存储模块、DRAM内存模块、USB/UART传输模块、LCD液晶显示模块、触摸屏模块、操作按键模块连接，USB/UART传输模块与蓝牙无线网络模块连接。其中主控制处理器模块以RISC ARM7DMI内核为主CPU芯片；FLASH ROM数据存储模块采用64MbitsFLASH ROM或256Mbits FLASH ROM。USB/UART传输模块采用USB/UART芯片；蓝牙无线网络模块采用CSR公司单片式BLUECORE2-EXTERNAL芯片。USB/UART传输模块可提供两种方式与CSR公司单片式BLUECORE2-EXTERNAL芯片通信，来完成控制信号和通信数据的传输，即USB/UART传输模块的UART接口与蓝牙无线网络模块的蓝牙芯片(BLUECORE2-EXTERNAL芯片)提供的UART接口连接、USB/UART传输模块的USB接口与蓝牙芯片(BLUECORE2-EXTERNAL芯片)提供的USB接口连接。蓝牙无线网络模块由BLUECORE2-EXTERNAL芯片和外围元件组成，外围元件包括电源电路、射频滤波电路和射频天线。USB芯片实现USB接口功能，而主控制处理器内部集成有UART功能，向外部提供UART接口。USB/UART传输模块就是利用USB芯片和主控制处理器内部集成有UART功能实现USB和UART接口功能。触摸屏模块包括四线电阻式触摸屏、触摸屏信号检测和转换电路。

本实用新型按如下工作原理进行的：首先生理信号是由各种传感器来拾取的，如由ECG导联电极来检测反映心脏电生理活动的心电信号，由温度传感器检测体温信号，由红外光谱血氧传感器检测血氧饱和度信号，由压力传感器检测血压信号；这些信号分别送到各自的生理信号模拟调理模块，针对各种信号的特点和要求进行放大，滤波等处理，并将信号放大调整到一定的幅度(此处为0～2.5V以内)；再经主控制处理器内含的十位A/D转换器把模拟信号转换成数字信号；主控制处理器模块运行uClinux嵌入式操作系统和片上生理信号分析应用软件对数据进行分析处理和阈值比较及报警，同时由LCD液晶显示模块以图形方式实时显示ECG图形和各参数测量分析结果，FLASH ROM模块和DRAM内存模块挂在系统数据，地址和控制总线上，由FLASH ROM模块完成对数据的压缩存储，主控制处理器模块通过USB/UART模块实现与蓝牙无线传输模块接口连接，将USB/UART数据转变成蓝牙无线数据实时发送到工作站，得出更为详细的检测报告，以便提供给医务人员作为疾病诊断评价时参考。操作按钮模块和触摸屏模块才用中断模式来处理，它们由主控制处理器模块提供的中断口接入。

如图2所示，生理信号模拟调理模块的前级放大用两片TLC071构成并联型差动放大器，后级放大采用INA128。中央处理器模块为Samsung公司的S3C44B0X 66MHz(ARM7内核)CPU芯片，FALSH ROM模块由两片AMD公司的3.3V电压可快速擦除编程的64Mbits FLASH ROM和256Mbits FLASHROM各一片，用来实现系统及应用软件和生理检测数据的存储。如图3所示，蓝牙无线网络模块采用了CSR公司的蓝牙无线网络模块BLUECORE-EXTERNAL，完成蓝牙无线网络即微微网的组网和数据无线传输。LCD液晶显示模块采用OPTREX 5.7″DMF50081，它具有320×240分辨率、16级灰度。触摸屏采用四线电阻式触摸屏，完成操作界面的人的信息的输入，省去传统的键盘，使嵌入式蓝牙无线监护仪体积更加小巧。

如图4所示，嵌入式蓝牙无线监护仪软件部分由嵌入式μcLinux嵌入式操作系统和片上驱动程序及智能化的片上生理参数诊断分析显示应用软件构成。由于μcLinux嵌入式操作系统为免费开放源代码，可以方便的获得其源代码，然后根据本监护仪的具体硬件电路配置和交叉编译μcLinux嵌入式操作系统源码，生成能在本监护仪系统上运行的μcLinux嵌入式操作系统，它与硬件电路是相关的。片上驱动程序完成TCP/IP网络协议、UART协议、USB协议、蓝牙协议、FLASH ROM的实时擦除和编程协议、SIO同步串口协议等实现对硬件电路的底层硬件相关行操作，相关协议的封装转换，向上即应用层提供透明编程接口。智能化的片上生理参数诊断分析显示应用软件包括应用程序显示操作界面的实现、数据的小波快速自动分析处理和阈值检测、生理检测参数和分析结果的存储。

Claims

1、一种嵌入式蓝牙无线监护仪，包括电源管理模块，其特征在于，主控制处理器模块分别与生理信号模拟调理模块、FLASH ROM数据存储模块、DRAM内存模块、USB/UART传输模块、LCD液晶显示模块、触摸屏模块、操作按键模块连接，所述USB/UART传输模块与蓝牙无线网络模块连接。

2、根据权利要求1所述的嵌入式蓝牙无线监护仪，其特征在于，USB/UART传输模块采用USB/UART芯片；蓝牙无线网络模块采用单片式BLUECORE2-EXTERNAL芯片。

3、根据权利要求1所述的嵌入式蓝牙无线监护仪，其特征在于，所述USB/UART传输模块与蓝牙无线网络模块连接通过USB/UART传输模块的UART接口与蓝牙无线网络模块的BLUECORE2-EXTERNAL芯片的UART接口连接、USB/UART传输模块的USB接口与BLUECORE2-EXTERNAL芯片的USB接口连接。

4、根据权利要求1所述的嵌入式蓝牙无线监护仪，其特征在于，所述主控制处理器模块以RISC ARM7DMI内核为主CPU芯片。

5、根据权利要求1所述的嵌入式蓝牙无线监护仪，其特征在于，所述FLASHROM数据存储模块采用64MbitsFLASH ROM、256MbitsFLASH ROM。

6、根据权利要求1所述的嵌入式蓝牙无线监护仪，其特征在于，所述触摸屏模块包括触摸屏，所述触摸屏采用四线电阻式触摸屏。