摘要:设计一种基于无线数据传输的生理信号检测仪,可对信号进行实时采集、实时处理、动态显示和无线传输。该系统具有通用性和实时性的特点,满足了小型医学仪器的实际需要。
1 系统概述
如图1,选用高性能微处理器Atmega163作为核心器件,心电、心音、颈动脉波、体温等各路生理信号经过放大、滤波等处理,调理到0~2.5V后送到处理器端口,单片机对数据实行压缩和优化处理,一方面生理参数送到LCD上显示,另一方面,通过无线数据传输模块PTR2000将已初步处理的各路数据传送到上位PC机作进一步的处理和分析。
2 芯片简介
2.1 无线数据传输模块PTR2000
PTR2000无线数据传输模块是一种超小型、低功耗、高速率的无线收发数传模块。其通讯速率最高为20kbit/s,也可工作在4800bit/s、9600bit/s。PTR2000的引脚说明如下:VCC:正电源,接2.7~5.25V; CS:频道选择, CS=0选择工作频道1,即433.92MHz;CS=1选择工作频道2,即434.33MHz;DO:数据输出;DI:数据输入;GND:电源地; PWR:节能控制,PWR=1为正常工作状态, PWR=0为待机微功耗状态;TXEN:发射接收控制,TXEN=1为发射状态,TXEN=0为接收状态。
2.2 液晶显示模块OCM4X8C
显示器件采用中文图形点阵液晶显示模块OCM4X8C,显示屏为128×64点阵,可显示4行,每行8个汉字。该模块具有2Mb的中文字型CGROM,字型ROM中含有8192个16×16点阵中文字库,显示汉字十分方便;为便于英文和其他字符的显示,含有16Kb的16×8 ASCⅡ字符库;为方便制造用户图形,提供一个64×256点阵的GDRAM绘图区域,为方便构造用户所需字型,提供了四组16×16点阵的造字空间。利用上述功能, OCM4X8C可实现汉字、ASCⅡ、点阵图形、自造字体的同屏显示。OCM4X8C具有2.7~5.5V的宽工作电压范围,具有睡眠、正常及低功耗工作模式,可满足系统各种工作电压及便携式仪器低功耗的要求。液晶模块显示负电压,也由模块提供,从而简化系统电源设计。
3 电路构成及工作原理
3.1 多路信号的采集和预处理
微处理器选用ATMEL公司的高档系列产品At2mega163,是基于AVR RISC的低功耗CMOS 8位单片机。Atmega163提供了一个性能良好的10位模数转换器。A口为8路模拟信号输入端,如果AD功能禁止,则A口是一个8位双向I/O口。8路人体生理信号如心电、心音、颈动脉、脉搏、体温等,经过前置放大、滤波、去噪处理后,分别与A口的8个引脚相连。微处理器采集数据时,通过控制ADMUX寄存器进行通道号选择,读取的数据放入数据存储器作进一步处理。
3.2 LCD控制和显示
为便于和多种微处理器接口,OCM4X8C提供了8位并行、4位并行、2线串行、3线串行等多种灵活的接口方式。常用的是单片机和LCD芯片的8位并行设计,如图2示。
当模块的PSB脚接高电平时,模块即为并行接口模式。在并行模式下可由功能设定指令的“DL”这一位来选择8位或4位接口方式。主控系统将配合“RS”、“RW”、“E”、DB0~DB7来完成指令/数据的传送。LCD模块在接收指令前,微处理器必须先确认模块内部处于非忙状态,即读取BF标志时BF应为零,才可接收新的指令。如果在送出一条指令前不检查BF标志,则在前一条指令和这条指令中间延迟一段时间,即等待前一条指令确实执行完成。
3.3 数据的无线传输
与此同时,单片机经由串行接口,通过PTR2000模块和上位PC机通讯,进行无线数据传输。基于PTR2000模块的单片机无线收发系统具有三种工作模式:发送:在发送数据前,应将模块置于发射模式,即TXEN=1。等待5ms后(接收到发射的转换时间)才可以发送任意长度的数据。发送结束,将模块置于接收状态,TXEN=0;接收:接收时,将PTR2000置于接收状态TXEN=0。然后将接收到的数据直接送到单片机串口或经电平转换后送入计算机;待机:当PWR=0时,PTR2000进入节电待机模式,此时的功耗约为8μA,在待机模式下不能接收和发送数据。其接口电路如图2,PTR2000模块的DO和DI分别与单片机的RXD和TXD连接,利用单片机的I/O口控制模块的发送和接收、频道转换和低功耗模式。如,单片机将PD7脚置高电平或低电平而将无线收发模块置为发送或接收状态。
4 软件设计
为使系统稳定、可靠地通讯,在编程时应设计通讯协议,考虑数据的检错和纠错,即通讯时,采用数据校验的方法。这里采用循环冗余码校验法,方法是,生成0~255个字节组成的CRC校验表,放在一个数组中,在CRC校验表生成后,对通讯数据的有效数据只需进行查表工作,即可生成通讯数据中的CRC校验码。无线数据传输的程序包括单片机的发送端程序和上位PC机的接收端程序。其流程图见图3和图4。
5 结语
本检测仪采用高性能微处理器,能实时、准确地采集和处理多路生理信号,通过曲线、文字进行动态显示。病人携带方便、操作简便,可对病情的监测和诊断提供依据。
参考文献:
[1]林凌,等.新型单片机接口器件和技术[M].西安电子科技大学出版社, 2005.(许雪军编发)
作者简介:张士华(1967—),男,硕士,主要从事信号处理与计算机应用方面的研究。
(收稿日期:2006-06)
