朱興偉

（安徽醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校 基礎(chǔ)部，安徽 合肥 230601）

基于單片機(jī)的血壓遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

朱興偉

（安徽醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校 基礎(chǔ)部，安徽 合肥 230601）

對于醫(yī)院來說，患者的身體各項(xiàng)指標(biāo)一直是醫(yī)生密切關(guān)注的，因?yàn)檫@些指標(biāo)可能隨時(shí)都面臨著大起大落的變化，而這些突如其來的變化很可能被醫(yī)生忽略而造成不必要的傷亡，尤其是在夜晚這樣的損失可能會更大.為此，筆者設(shè)計(jì)一套遠(yuǎn)程無線診斷系統(tǒng)，并分別從硬件和軟件兩方面進(jìn)行了分析.經(jīng)測試，該系統(tǒng)具有靈敏度高、傳輸距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)，同時(shí)還具有誤報(bào)率和誤診率低等特點(diǎn).

遠(yuǎn)程診斷；單片機(jī)；無線通訊

0 引言

隨著生活水平的提高，人們對自己身體健康越來越重視，到醫(yī)院就診的病人也越來越多，而每位患者的基本生理特征（比如心率、脈搏、血壓等）是醫(yī)生們關(guān)注的焦點(diǎn)，這些小的生理特征沒有把握準(zhǔn)或者處理不及時(shí)會導(dǎo)致很多不必要的傷亡.相反，判斷準(zhǔn)確并且處理及時(shí)的話，將會大大減少損失，甚至?xí)炀壬?

目前大部分醫(yī)院采集病人的基本生理特征主要有兩種方式：對于普通病人，每隔一段時(shí)間（一般是數(shù)小時(shí)或一天左右）到病人跟前進(jìn)行測量；對于特殊的重癥病人，有專人24 h進(jìn)行監(jiān)測.第1種方式很容易因?yàn)獒t(yī)生的疏忽或較差的責(zé)任心導(dǎo)致檢測不到位或不及時(shí)，同時(shí)更為嚴(yán)重的隱患是，患者生理特征的突變醫(yī)生往往無法檢測到，而這些突變最有可能包含了重要的疾病信息，是診斷的關(guān)鍵點(diǎn)，一旦遺漏，其后果可想而知；而第2種方式雖說可以大大的降低漏診，但卻非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力，造成不必要的人力資源浪費(fèi).

鑒于以上缺點(diǎn)，筆者提出一種遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)，其最大的優(yōu)勢在于，只要監(jiān)測系統(tǒng)綁定在病人身上，就會時(shí)時(shí)刻刻進(jìn)行監(jiān)測，并且監(jiān)測結(jié)果會自動上傳給監(jiān)控中心，真正實(shí)現(xiàn)了在“無人值守”的情況下能夠及時(shí)測量.當(dāng)患者的某項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)能夠發(fā)出報(bào)警提醒醫(yī)生并記錄下此刻的異常信息.另外，該系統(tǒng)采用無線通訊，在使用上帶來了極大的便利，不必受制于患者的位置或姿勢影響.

1 遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能需求

該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的旨在解決病人在無人看守的情況下，也能自動將病情上報(bào)給醫(yī)生，既保證了病人的病情得到及時(shí)發(fā)現(xiàn)和治療，也解除了醫(yī)生24h看守的麻煩，即使醫(yī)生不在病房也能隨時(shí)了解病人的身體狀況.

為了達(dá)到上述要求，系統(tǒng)必須具有如下幾點(diǎn)功能.

1）自動血壓檢測：血壓監(jiān)測儀應(yīng)能時(shí)刻綁在患者體表進(jìn)行血壓的監(jiān)測；

2）信號發(fā)送：血壓監(jiān)測儀應(yīng)該每隔一段時(shí)間將所測得的血壓值通過射頻方式發(fā)送到醫(yī)院檢測中心；3）信號的接受：監(jiān)測中心收到血壓監(jiān)測儀發(fā)送過來的血壓值后，需要存儲起來并繪制出血壓曲線圖；

4）報(bào)警：當(dāng)血壓出現(xiàn)異常時(shí)血壓監(jiān)測儀能夠發(fā)出報(bào)警音提醒患者，同時(shí)檢測中心端也需要發(fā)出報(bào)警提示，告知醫(yī)生有異常情況需要緊急處理.

1.2 模塊設(shè)計(jì)思想

檢測端的功能就是在患者身上佩戴智能血壓檢測儀，它以STC89C52為主控單元，以微壓力方式測量血壓，NRF24L01作為2.4G射頻發(fā)送模塊，并且以蜂鳴器作為報(bào)警設(shè)備.該系統(tǒng)以每隔1 s的速度發(fā)送所檢測的血壓值，當(dāng)血壓超出正常范圍的時(shí)候，蜂鳴器就會發(fā)出報(bào)警.

控制中心端的功能主要就是接受各個(gè)檢測端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，它也是以STC89C52作為主控單元，以NRF24L01作為2.4G射頻接受模塊，該模塊上帶有1個(gè)RS232接口與電腦相連，2.4G收到的數(shù)據(jù)就通過該接口發(fā)送到電腦，電腦軟件會對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并繪制成曲線.同樣，當(dāng)血壓超出正常范圍的時(shí)候，電腦會發(fā)出報(bào)警.

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)功能說明

2.1 血壓測試儀

本系統(tǒng)采用的血壓計(jì)是接觸式血壓計(jì)，這種血壓計(jì)一般采用微壓力方式，將測量模塊放在患者的手臂或手腕上，隨著手臂上的皮膚因?yàn)槊}搏的跳動而跟著跳動，同時(shí)擠壓傳感器，傳感器在這種擠壓的作用下轉(zhuǎn)換成強(qiáng)弱不一的電信號，電信號經(jīng)過放大、濾波等處理輸出給AD芯片，變換成數(shù)字信號后傳給單片機(jī)運(yùn)算和處理，AD芯片采用ADC0832串行數(shù)據(jù)輸出，其中第2腳AOUT接的就是血壓計(jì)輸出的電壓信號，CS，CLK和DO分別接到單片機(jī)的3個(gè)IO口上，如圖1所示[1].

2.2 無線射頻方案

當(dāng)前市面上的無線射頻方案比較多，但成熟的方案主要有315M，433M和2.4G等等，它們各有特色，并有各自的應(yīng)用領(lǐng)域.三者當(dāng)中，315M的頻率比較低，通訊速率就比較慢，但是傳輸過程中的損耗小，傳輸距離較遠(yuǎn)，穿墻能力也最強(qiáng)；相反，2.4G的頻率比較高，通訊速率也就相應(yīng)的很快，但是傳輸過程中的損耗比較大，傳輸距離比較短，自然穿墻能力也比較弱.同時(shí)，由于現(xiàn)在普及的WIFI和藍(lán)牙等技術(shù)也采用2.4G方案，所以2.4G的環(huán)境比較復(fù)雜，很容易受到通訊的干擾.綜合上述的分析，決定采用433M射頻，既兼顧了速率，也兼顧了距離[2].

設(shè)計(jì)中的433M芯片采用SI4432模塊，它是由Silicon公司在09年推出的ISM頻段無線收發(fā)芯片，具有體積小巧、功耗低等特點(diǎn)，其工作頻段可在240-960 MHz，最大輸出功率可達(dá)到+20 DBm，圖2是該芯片接線圖.

2.3 報(bào)警電路

設(shè)計(jì)采用了無源蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警提示，當(dāng)患者的血壓超出正常范圍的時(shí)候，蜂鳴器就應(yīng)該發(fā)出滴滴的響聲提醒患者.無源蜂鳴器的理想驅(qū)動電流一般在20 mA左右，而單片機(jī)任意1個(gè)引腳不管是拉電流能力還是灌電流能力都達(dá)不到，所以需要用1個(gè)三極管來對電流放大然后驅(qū)動蜂鳴器.這里的三極管采用S8550小功率型號的，當(dāng)IO口為低電平的時(shí)候，觸發(fā)蜂鳴器響起來，接線圖如圖3所示[3].

2.4 RS232電路

對于控制中心端來說，除了接受監(jiān)測端發(fā)送來的數(shù)據(jù)外，還需要將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給電腦端，設(shè)計(jì)中單片機(jī)跟電腦端的通訊采用RS232方式.RS232是一種常用的通訊協(xié)議，其接線簡單，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，尤其適合于近距離的有線通訊，并且現(xiàn)在各種處理器基本都集成了該通訊標(biāo)準(zhǔn)的接口.但是，為了將單片機(jī)的TTL信號轉(zhuǎn)換成電腦識別的232信號，就需要1個(gè)轉(zhuǎn)換芯片，本設(shè)計(jì)采用的是MAX232芯片，同時(shí)附帶1個(gè)DB9頭方便連線.

圖1 血壓計(jì)采樣原理圖

圖2 SIM4332接線圖

圖3 蜂鳴器驅(qū)動電路

圖4 單片機(jī)跟電腦的串口通訊電路

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用C51語言，對單片機(jī)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能.對于監(jiān)測端來說，單片機(jī)的主要功能就是每間隔一段時(shí)間采集患者血壓值，然后與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，同時(shí)將數(shù)據(jù)通過RF發(fā)送給控制中心.對于控制中心來說，就是等待接受監(jiān)測端的數(shù)據(jù)，然后通過RS232轉(zhuǎn)發(fā)給電腦[4].

圖5 檢測端主程序流程圖

圖6 控制中心端主程序流程圖

4 結(jié)語

患者血壓的及時(shí)監(jiān)測，以及醫(yī)生及時(shí)了解情況對于病人來說至關(guān)重要.筆者設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程血壓診斷系統(tǒng)，采用STC89C52單片機(jī)核心控制，利用穿透力強(qiáng)和抗干擾能力強(qiáng)的433M無線收發(fā)方式來進(jìn)行血壓數(shù)據(jù)的傳輸，同時(shí)為了方便醫(yī)生查看歷史數(shù)據(jù)，特意將數(shù)據(jù)上傳到電腦存儲，并且形成曲線.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，一方面節(jié)省了醫(yī)生大量的時(shí)間，醫(yī)生可以騰出時(shí)間照顧更多的患者，另一方面，患者的身體也得到了及時(shí)的檢測，不會出現(xiàn)漏檢的情況，極大地保證了患者的身體健康.

[1]劉廣全，高衛(wèi)平.社區(qū)醫(yī)療遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù)，2008，（52）：15-16.

[2]馮媛碩，宋吉江.基于單片機(jī)的溫濕度檢測控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，（1）：21-23.

[3]李芍君.遠(yuǎn)程診斷技術(shù)典型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].大連：大連交通大學(xué)，2010.

[4]周慈航.單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2002.

（責(zé)任編輯 李健飛）

Design of Blood Pressure Remote Diagnosis System Based on MCU

ZHU Xing-wei
（Department of Basic Courses，Anhui Medical College，Hefei，Anhui 230601，China）

The patient health condition is cared by doctors，because their body indicators sometimes face their ups and downs，and these sudden changes are likely to be ignored by doctors，causing unnecessary casualties.Especially in the night，such a loss could be bigger.Therefore，a wireless remote diagnostic system is designed，and it is analyzed from the perspectives of hardware and software.After testing，the system has a high sensitivity and long distance transmission characteristics；besides，it has a low rate of false alarm and misdiagnosis.

remote diagnostics；SCM；wireless communication

TP391

A

1673-1972（2015）03-0062-03

2014-07-01

朱興偉（1982-），男，安徽潛山人，助教，主要從事生物醫(yī)學(xué)工程與醫(yī)療器械研究.