1 引言

隨著社會生活節(jié)奏加快、人口逐漸老齡化，心血管疾病已經(jīng)成為同前威脅人類生命的豐要疾病之一，此類疾病往往具有突發(fā)性、短暫性和危險性的特點，如果不能及時發(fā)現(xiàn)并進行治療將會產(chǎn)生非常嚴重的后果。心電圖是檢查．診斷和預(yù)防該類疾病的主要手段和依據(jù)，對于心肌梗塞、心律失常等癥狀，心電監(jiān)護儀的使用貫穿于治療、康復(fù)的整個過程。由于傳統(tǒng)的基于PC機平臺的心電躲護儀，價格昂貴，體積龐大，不便于移動且主要集中在大醫(yī)院，給醫(yī)生和病人帶來了很大的不便。因此，為了降低成本、縮小體積，本文設(shè)計了一種基于ARM9微處理器的新型便攜式多床位遙測心電監(jiān)護儀。該監(jiān)護儀采用Samsung公司的一款以ARM920T為控制器內(nèi)核的16／32位高速處理器S3C2410A芯片作為系統(tǒng)控制核心，利用nRF401無線收發(fā)芯片發(fā)送和接收心電數(shù)據(jù)，具有功耗低、體積小、可靠性高、操作簡單等優(yōu)點。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該遙測心電監(jiān)護儀可同時監(jiān)護1～12個床位．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示．其中與PC機相連的S3C2410A作為中心躲護端．其功能是傳遞由PC機發(fā)出的命令，與監(jiān)護各個床位的監(jiān)護終端進行通信，將各個臨護終端所采集到的數(shù)據(jù)匯總到中心監(jiān)護端，并通過USB口傳遞給Pc機。監(jiān)護一個床位的便攜式心電監(jiān)護終端作為終端節(jié)點，功能是采集心電信號，對采集到的數(shù)據(jù)進行必要的處理，同時當(dāng)收到中心監(jiān)護端的命令時，做出回應(yīng)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件設(shè)計包括中心監(jiān)護端的硬件設(shè)計和監(jiān)護一個床位的各個心電監(jiān)護終端的硬件設(shè)計兩大部分。中心監(jiān)護端的硬件設(shè)計包括S3C2410A與PC機的連接和nRF401與S3C2410A的連接。由于S3C2410A具有USB設(shè)備控制器，因此可通過USB口與PC機相連，并得到5V的T作電壓。無線收發(fā)芯片nRF401直接與S3C2410A的串口1連接。圖2為監(jiān)護一個床位的心電監(jiān)護終端硬件電路的結(jié)構(gòu)框圖，包括ARM微處理器S3C2410A、心電放大及采集電路、外部擴展的Nand FLash存儲器、電源、LCD顯示、鍵盤和nRF401尤線數(shù)傳模塊等。

3．1心電采集電路

心電采集電路包括放大器、低通濾波器、50Hz陷波器等。該電路的放大器由差動放大電路和放大級電路兩級放大電路組成。導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)采用通用的二電極方式，右胸上電極及左腹下電極為心電采樣電極．右腹下電極為右腿驅(qū)動電極。由于采集的心電信號是籌模信號，采用三運放籌動放大電路作為第一級放大電路，增益約為22，再經(jīng)第二級放大電路，總增益接近1000。由于心電信號屬于低頻信號，因此，為消除高頻信號，本設(shè)計了采用了一階濾波電路的低通濾波器，截止頻率為100Hz。為抑制50Hz的工頻干擾，還設(shè)計了二階壓控電壓源帶阻濾波器，即50Hz陷波器。

圖2 監(jiān)護1個床位的硬件電路結(jié)構(gòu)框圖

3．2 ARM微處理器模塊

S3C2410A是二星公司推出的一款基于ARM920T處理器構(gòu)架的嵌入式CPUS3C2410，它提供8通道的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器以2．5MHz MD轉(zhuǎn)換時鐘將模擬輸入信號以最大500ksps轉(zhuǎn)換率轉(zhuǎn)換為lO位二進制數(shù)字編碼。根據(jù)美困心臟學(xué)會AHA標準[3]和Nyquist采樣定律，當(dāng)信號采樣頻率等于或大干信號最高頻率的2倍時，就可以從抽樣后的信號中不失真的還原出原信號。ECG頻率范圍為0．05~100Hz，中心頻率在17Hz左右，故取采樣頻率取200Hz，即采樣周期為5ms即可滿足要求。采集到的信號經(jīng)通道1送入S3C2410A微處理器。經(jīng)分析處理后在液晶屏上顯示心電波形和分析結(jié)果。

3．3無線收發(fā)模塊

無線收發(fā)模塊采用Nordic公司研制的單片UHF無線收發(fā)芯片nRF401，該芯片工作在433MHzISM(Industrial，scientific and Medical)瀕段。該頻段無需申請許可證。并采用FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)，抗干擾能力強，并采用PLL頻率合成技術(shù)，頻牢穩(wěn)定性好，數(shù)據(jù)傳輸速率可達20kbDs，傳輸距離可達1000m，完全滿足本設(shè)計所需要的通信距離要求。不同于其他的RF單片芯片，nRF401通過單片機串口直接于MCU通信，而無需對數(shù)據(jù)進行曼徹斯特編碼，這使的nRF401的外圍元件很少，只包括一個基準晶振和幾個無源器件，具有成本低、一致性好等特點。本設(shè)計中，nRF401直接與S3C2410A的串口1連接。