無線遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及心電監(jiān)護(hù)領(lǐng)域，特別涉及一種無線遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 心電圖（ECG)在辨識心臟的病變和/或心律失常的性質(zhì)和嚴(yán)重程度方面具有其他 方法難以取代之處。因此，若能夠在不受時(shí)間和地點(diǎn)限制的情況下觀察到一個人心電的改 變，就能及時(shí)了解被監(jiān)護(hù)者心臟的健康狀況。無線遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)就能夠達(dá)到這個目的。
[0003] 采用了無線數(shù)據(jù)傳輸方式的心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)具有便攜性和易用性的特點(diǎn)。現(xiàn)有心電 監(jiān)護(hù)系統(tǒng)在無線傳輸方式上，大多采用普通無線模塊（如nRF2401)，或者基于藍(lán)牙、Wifi、 Zigbee、GSM等無線傳輸協(xié)議的無線傳輸模塊。
[0004] 普通的無線傳輸通信主要通過控制射頻通信模塊的收發(fā)來設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。該設(shè)計(jì)方案 簡單易用，能夠?qū)崿F(xiàn)快速開發(fā)，但系統(tǒng)的抗干擾能力弱，穩(wěn)定性差，不適合應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)。
[0005] 藍(lán)牙、GSM、Wifi作為成熟的無線通信技術(shù)，有著較強(qiáng)的抗干擾能力和充足的通信 帶寬，但系統(tǒng)功率消耗較大，難以滿足較長時(shí)間的持續(xù)通信需求。
[0006] Zigbee同樣是一種成熟的無線技術(shù)，相對于藍(lán)牙、Wifi等無線傳輸方式，Zigbee 的數(shù)據(jù)率相對較低，但其主要優(yōu)點(diǎn)是：功率消耗低以及能夠滿足低通信量、長時(shí)間的通信場 景。然而，ZigBee技術(shù)是基于IEEE802. 15. 4通信協(xié)議的，該協(xié)議只規(guī)定了相應(yīng)的物理層以 及媒體訪問控制層標(biāo)準(zhǔn)，并沒有涉及網(wǎng)絡(luò)層以上的相關(guān)規(guī)范。而在心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，數(shù) 據(jù)傳輸過程中設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化是非常必要的。
[0007] 這些傳統(tǒng)的無線傳輸手段，要么抗干擾能力弱，要么需要較高的功率消耗，要么面 臨復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換等問題。同時(shí)，傳統(tǒng)的心電無線采集與傳輸設(shè)備均采用單控制器實(shí) 現(xiàn)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC)的數(shù)據(jù)采集控制和無線傳輸控制采用分時(shí)進(jìn)行，這種采集方式大大 限制了數(shù)據(jù)傳輸帶寬，同時(shí)，也增加了無線信道資源的占用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 【要解決的技術(shù)問題】
[0009] 本發(fā)明的目的是提供一種基于6LOWPAN的無線遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，以至少解決上 述技術(shù)問題之一。
[0010] 【技術(shù)方案】
[0011] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0012] 本發(fā)明涉及一種無線遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括心電信號采集與發(fā)射裝 置、邊緣路由器和服務(wù)器端監(jiān)護(hù)裝置，所述心電信號采集與發(fā)射裝置與邊緣路由器基于 6L〇WPAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧進(jìn)行無線通信，
[0013] 所述心電信號采集與發(fā)射裝置包括：
[0014] 心電信號預(yù)處理模塊，用于對心電信號進(jìn)行放大、濾波處理得到心電數(shù)據(jù)；
[0015] 心電采集控制器，采集心電信號預(yù)處理模塊輸出的心電數(shù)據(jù)并將心電數(shù)據(jù)寫入雙 PRAM；
[0016] 雙口RAM，用于實(shí)現(xiàn)心電數(shù)據(jù)的乒乓存儲；
[0017] 無線傳輸控制器，用于讀取雙口RAM的心電數(shù)據(jù)并將該心電數(shù)據(jù)發(fā)送至無線傳輸 豐吳塊；
[0018] 無線傳輸模塊，用于接收無線傳輸控制器發(fā)送的心電數(shù)據(jù)并將該心電數(shù)據(jù)發(fā)送至 邊緣路由器，所述無線傳輸模塊的MAC層協(xié)議符合IEEE802. 15. 4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，
[0019] 所述邊緣路由器用于接收心電信號采集與發(fā)射裝置發(fā)送的心電數(shù)據(jù)并將該心電 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至IP網(wǎng)絡(luò)，所述無線傳輸控制器、邊緣路由器內(nèi)均移植有配置了 6LOWPAN網(wǎng)絡(luò)協(xié) 議棧的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，
[0020] 所述服務(wù)器端監(jiān)護(hù)裝置用于獲取IP網(wǎng)絡(luò)中的心電數(shù)據(jù)并對該心電數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí) 顯不O
[0021] 作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述雙口RAM具體包括第一緩沖模塊、第二緩沖模塊 和輸出處理單元，
[0022] 所述心電采集控制器被配置成：在第一個緩沖周期將輸入的心電數(shù)據(jù)緩存到第一 緩沖模塊；在第二個緩沖周期將輸入的心電數(shù)據(jù)緩存到第二緩沖模塊；在第三個緩沖周期 將輸入的心電數(shù)據(jù)再次緩存到第一緩沖模塊并將第二緩沖模塊在第二個緩沖周期緩存的 數(shù)據(jù)輸出到輸出處理單元；循環(huán)重復(fù)第一個緩沖周期、第二個緩沖周期、第三個緩沖周期的 處理流程，
[0023] 所述無線傳輸控制器被配置成：從雙口RAM的輸出處理單元讀取雙口RAM的心電 數(shù)據(jù)并將該心電數(shù)據(jù)發(fā)送至無線傳輸模塊。
[0024] 作為另一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述邊緣路由器包括無線收發(fā)控制模塊和宿主主 機(jī)，所述無線收發(fā)控制模塊與宿主主機(jī)通過USB接口連接，
[0025] 所述邊緣路由器被配置成：當(dāng)接收數(shù)據(jù)時(shí)，宿主主機(jī)從IP網(wǎng)絡(luò)中接收數(shù)據(jù)并將 數(shù)據(jù)通過USB接口傳送給無線收發(fā)控制模塊，無線收發(fā)控制模塊將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到無線網(wǎng)絡(luò) 中；當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，無線收發(fā)控制模塊接收無線數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)通過USB接口傳送給宿主 主機(jī)，宿主主機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到IP網(wǎng)絡(luò)中。
[0026] 作為另一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述無線收發(fā)控制模塊包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)， 所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)移植有配置了 6L〇WPAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。
[0027] 作為另一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為Tmote節(jié)點(diǎn)。
[0028] 作為另一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)為TinyOS網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。
[0029] 作為另一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述服務(wù)器端監(jiān)護(hù)裝置還用于通過IP網(wǎng)絡(luò)向心電 信號采集與發(fā)射裝置發(fā)送控制命令，所述心電信號采集與發(fā)射裝置還用于根據(jù)接收到的控 制命令進(jìn)行控制操作。
[0030] 作為另一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述系統(tǒng)還包括與無線傳輸控制器連接的程序下載 模塊，所述程序下載模塊用于實(shí)現(xiàn)無線傳輸控制器的程序下載。
[0031] 作為另一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述系統(tǒng)還包括電源模塊，所述電源模塊用于為心 電信號采集與發(fā)射裝置、邊緣路由器和服務(wù)器端監(jiān)護(hù)裝置提供電源。
[0032] 作為另一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述心電采集控制器、無線傳輸控制器均為單片機(jī)。
[0033]【有益效果】
[0034] 本發(fā)明提出的技術(shù)方案具有以下有益效果：
[0035] (1)本發(fā)明采用基于雙口RAM的乒乓存儲結(jié)構(gòu)，提高了數(shù)據(jù)傳輸帶寬，降低了無線 信道的無效占用。
[0036] (2)本發(fā)明采用基于6LoWPAN協(xié)議的無線傳輸方式，在提高無線傳輸?shù)目垢蓴_能 力和降低系統(tǒng)的功率消耗的同時(shí)，有效避免了復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換問題。
【附圖說明】
[0037] 圖1為本發(fā)明的實(shí)施例提供的無線遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0038] 圖2為本發(fā)明的實(shí)施例提供的心電信號采集與發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
[0039] 圖3為本發(fā)明的實(shí)施例提供的邊緣路由器的結(jié)構(gòu)框圖。
[0040] 圖4為采用本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行真實(shí)心電信號的監(jiān)測實(shí)驗(yàn)得到的心電信號的波 形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體 實(shí)施方式進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是 全部實(shí)施例，也不是對本發(fā)明的限制?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出 創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0042] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的無線遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，該 系統(tǒng)包括心電信號采集與發(fā)射裝置1、邊緣路由器2、服務(wù)器端監(jiān)護(hù)裝置3、電源模塊4,其中 心電信號采集與發(fā)射裝置1與邊緣路由器2基于6L〇WPAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧進(jìn)行無線通信，電源 模塊4用于為心電信號采集與發(fā)射裝置1、邊緣路由器2和服務(wù)器端監(jiān)護(hù)裝置3提供電源。
[0043] 圖2為本發(fā)明的實(shí)施例提供的心電信號采集與發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)框圖，如圖2所示， 心電信號采集與發(fā)射裝置1包括心電信號預(yù)處理模塊11、心電采集控制器12、雙口RAM13、 無線傳輸控制器14、無線傳輸模塊15和程序下載模塊16。
[0044] 心電信號預(yù)處理模塊11用于對待監(jiān)護(hù)對象的心電信號進(jìn)行放大、濾波處理得到 心電數(shù)據(jù)。
[0045] 心電采集控制器12用于采集心電信號預(yù)處理模塊11輸出的心電數(shù)據(jù)并將心電數(shù) 據(jù)寫入雙口RAM13。具體地，心電采集控制器12中的ADC采集心電信號預(yù)處理模塊11的心 電數(shù)據(jù)并將采集到的心電數(shù)據(jù)寫入雙口RAM13。
[0046] 雙口RAM13用于實(shí)現(xiàn)心電數(shù)據(jù)的乒乓存儲。具體地，雙口RAM13包括第一緩沖模 塊、第二緩沖模塊和輸出處理單元，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的乒乓存儲，心電采集控制器12被配置 成：在第一個緩沖周期將輸入的心電數(shù)據(jù)緩存到第一緩沖模塊；在第二個緩沖周期將輸入 的心電數(shù)據(jù)緩存到第二緩沖模塊；在第三個緩沖周期將輸入的心電數(shù)據(jù)再次緩存到第一緩 沖模塊并將第二緩沖模塊在第二個緩沖周期緩存的數(shù)據(jù)輸出到輸出處理單元；循環(huán)重復(fù)第 一個緩沖周期、第二個緩沖周期、第三個緩沖周期的處理流程。
[0047] 無線傳輸控制器14用于讀取雙口RAM13的心電數(shù)據(jù)并將該心電數(shù)據(jù)發(fā)送至無線 傳輸模塊15,無線傳輸控制器14移植有配置了 6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的TinyOS2.I.1網(wǎng)絡(luò) 操作系統(tǒng)。具體地，無線傳輸控制器15被配置成：從雙口RAM13的輸出處理單元讀取雙口 RAM13的心電數(shù)據(jù)并將該心電數(shù)據(jù)發(fā)送至無線傳輸模塊15。在本實(shí)施例中，程序下載模塊 16實(shí)現(xiàn)無線傳輸控制器14的程序下載。
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