專利名稱：無線集中監護心電數據的方法及系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及人體生理參數的數字調制和無線傳輸的方法和系統，尤其是無線集中監護心電數據的方法和系統設備。
背景技術：
現有技術無線集中監護心電數據一是采用模擬調制方式，再就是采用無線局域網技術。
模擬調制技術一般都是通過分立元件去組成高頻電路；由于集成度低，元件過多，電路復雜體積大而成本高，不利于大規模生產；這種技術其純粹的模擬調制高頻電路缺少糾錯環節，易受干擾很難做到準確收發，該技術因誤碼率高而且無法糾正，已經被淘汰。
而無線局域網技術由于軟件協議等原因，技術復雜造成開發難度大。組網必須的無線網卡和無線接入器件價格高，不利于小型化和大規模生產。目前世界上滿足無線局域網協議的芯片組的功耗很大，系統中需要微處理器(CPU)運行網絡操作系統，結構較為復雜，不容易做成佩戴(Patient-Worn)式的產品，這種技術主要應用在便攜式多參數監護儀上實現無線聯網功能，不是真正實用的流動遙測監護儀或者是佩戴式產品。
發明內容
本發明要解決的技術問題是避免上述現有技術的不足之處而提出一種改進的無線集中監護心電數據的方法及系統設備。本發明物理上由主站、有線以太網、遙測接收箱、監測發射器構成，本發明通過設置監測發射器和遙測接收箱的序號、分配無線信道資源、確定幀結構和數據壓縮算法，設置通訊協議和數據傳輸校驗方式、采用省電工作模式，以及只采用在監測發射器和遙測接收箱之間進行無線數字通訊等方法，實現網絡化無線集中監護心電數據。
本發明解決上述技術問題采取的技術方案如下提出一種無線集中監護心電數據系統的方法，包括步驟A.設置微計算機為主站，在主站中設置通訊軟件和顯示管理軟件，主站通過網卡與一有線以太網聯接；尤其是還包括步驟
B.設置1～64個遙測接收箱，以太網與各遙測接受箱通過以太網接口電路通訊，通訊接口符合10 BASE-T協議規范；C.設定各遙測接受箱與自己控制區域內1～8個監測發射器無線通訊，形成一無線遙測系統；D.設定每個監測發射器監護一個病人，實時將測得的心電數據傳輸到遙測接收箱；E.設定無線遙測系統采用433MHz頻段，信道間隔25KHz，使用窄帶調制技術GMSK(高斯最小移頻鍵控)，調制指數0.5，波特率4800/9600bps，單向傳輸；F.在數據傳輸過程中對心電數據進行差分算法壓縮，所述心電數據差分算法壓縮包括第一個采樣數據被準確地記錄，后面幾個連續的采樣數據被跟它前一個采樣值的差分值所取代，壓縮比接近2∶1；G.設定每組傳送數據包括同步碼2個字節，命令碼1個字節，用戶數據2個字節，CRC校驗2個字節。
本發明解決上述技術問題還采取了以下技術方案提供一套無線集中監護心電數據系統的設備，包括作為主站的微計算機，一個符合10 BASE-T接口規范的以太網，主站與以太網之間由網卡聯接，尤其是還包括1～64個遙測接收箱和1～512個監測發射器；還包括遙測接收箱和監測發射器所使用的電源。
所述遙測接收箱最多無線聯接8個監測發射器，遙測接收箱中包括無線接收電路、微控制電路和以太網接口電路。
所述監測發射器中包括傳感放大電路、微控制電路、發射電路、導聯脫落檢測電路和電源變換電路。
所述遙測接收箱中無線接收電路所使用的無線射頻接收器采用TRF6900；所述微控制電路所使用的微控制器采用MSP430；TRF6900的第25、26、27腳STORBE(串行接口選通脈沖)、CLOCK(串行接口時鐘)、DATA(串行接口數據)三根引線連接MSP430的3根I/O口線。
所述遙測接收箱中以太網接口電路采用AT89C51作為微控制器，采用DM9008作為網絡控制器，采用LAN7236作為網絡隔離器；DM9008將低8位數據線與AT89C51的數據線連接，將8根中斷請求線中的任一根接AT89C51的中斷接入線INT0或INT1；AT89C51的串口RX和TX與微控制電路中MSP430的串口TX和RX連接，進行數據通信；DM9008的數據發送線TPTX+、TPTX-，數據接收線TPRX+、TPRX-經LAN7236隔離后與RJ45接口連接，接通以太網。
所述監測發射器中傳感放大電路的兩只運算放大器接為電壓保持器形式，其同相輸入端分別接左導聯和右導聯(導聯即接在病人左右臂上的探頭)，反相輸入端與輸出端接在一起作為輸出；左導聯電壓保持器的輸出接差分放大器的同相輸入端和左導聯脫落信號檢測端，右導聯電壓保持器的輸出接差分放大器的反相輸入端和右導聯脫落信號檢測端，經差分放大器放大輸出的心電信號接電阻和電容組成的高通、低通濾波器后，再接一運算放大器構成的電壓保持器，其輸出作為心電信號接至微控制電路的輸入。
所述導聯脫落檢測電路由兩只運算放大器構成兩個電壓保持器，左、右導聯脫落信號檢測端接入各自的同相輸入端，其輸出端作為導聯脫落輸出信號接至微控制電路的相應輸入端。
所述監測發射器中微控制電路的微控制器采用MSP430，三根I/O口線接傳感放大電路送來的心電信號和左、右導聯脫落輸出信號；三根I/O口線接三個按鍵，用于輸入操作指令；8根I/O口線接撥碼開關，用于確定監測發射器本身的序號編碼；7根I/O口線與發射器的對應引腳連接，傳輸數據。
所述監測發射器中發射電路的發射器采用TRF4400，其第22腳接發射天線；第8～12、14、23腳CLOCK、DATA、STROBE、MODE、STDBY、TX-DATA、COCKDET與微控制電路中MSP430的相應引腳連接。
所述監測發射器中電源變換電路的變換器采用MAX1675，電池組的正極通過電感分別接兩變換器MAX1675的輸入端第7腳LX，輸出+3.3V變換器的第2、3腳懸空；輸出+5V的變換器的第2腳LBI接在由兩只電阻構成的分壓點，第3腳LBO通過一只電阻接在輸出的+5V上。
與現有技術相比，本發明的心電數據采用數字調制技術，有錯誤校驗功能，使數據的傳輸準確可靠，本發明采用有線以太網和無線數據采集相結合，使系統的成本大大降低。
圖1是本發明無線集中監護心電數據系統的系統框圖；圖2是本發明中監測發射器微控制和無線發射電路的電原理圖；圖3是本發明中遙測接收箱無線接收和微控制電路的電原理圖；圖4是本發明中遙測接收箱以太網接口電路原理圖；圖5是本發明中監測發射器傳感放大電路的電原理圖；圖6是本發明中監測發射器導聯脫落檢測電路的電原理圖；圖7是本發明中監測發射器電源變換電路的電原理圖。
具體實施例方式
以下結合附圖所示最佳實施例作進一步詳述本發明無線集中監護心電數據系統的構成方法如圖1所示，包括步驟設置微計算機50為主站，在主站50中設置通訊軟件和顯示、管理軟件，主站通過網卡與一有線以太網40聯接；尤其是設置1～64個遙測接收箱30，以太網40與各遙測接受箱30通過以太網接口電路33通訊，通訊接口符合10 BASE-T協議規范；設定各遙測接受箱30與自己控制區域內1～8個監測發射器20無線通訊，形成一無線遙測系統；設定每個監測發射器20監護一個病人，實時將測得的心電數據傳輸到遙測接收箱30；設定無線遙測系統采用433MHz頻段，信道間隔25KHz，使用窄帶調制技術GMSK(高斯最小移頻鍵控)，調制指數0.5，波特率4800/9600bps，單向傳輸；在數據傳輸過程中對心電數據采用差分算法壓縮；所述心電數據差分算法壓縮包括第一個采樣數據被準確地記錄，后面幾個連續的采樣數據被跟它前一個采樣值的差分值所取代，壓縮比接近2∶1。
設定每組傳送數據包括同步碼2個字節，命令碼1個字節，用戶數據2個字節，CRC校驗2個字節。
構成系統的設備包括作為主站的微計算機50，一個符合10 BASE-T接口規范的以太網40，主站50與以太網40之間由網卡聯接，其特征在于還包括1～64個遙測接收箱30和1～512個監測發射器20，還包括遙測接收箱30和監測發射器20所使用的電源；所述每個遙測接收箱30最多無線聯接8個監測發射器20，遙測接收箱30中包括無線接收電路31、微控制電路32和以太網接口電路33；所述監測發射器20中包括傳感放大電路23、微控制電路22、發射電路21、導聯脫落檢測電路24和電源變換電路25。
心電數據信息流向是左右導聯取回人體10的微弱心電信號----信號進入傳感放大電路23進行放大整形----輸出心電信號和經導聯脫落檢測電路24輸出左右導聯脫落檢測信號----三路信號(合稱心電數據信號)進入微控制電路22----心電數據信號進入發射電路21----無線發射----遙測接收箱30中無線接收電路31無線接收----進入微控制電路32----進入以太網接口電路33----進入以太網40----進入主機50----顯示。
以上流程為單向傳輸。
由圖2可知監測發射器20中微控制電路22的微控制器采用MSP430，其第59、60、61腳三根I/O口線接傳感放大電路23送來的心電信號ECG和左、右導聯脫落信號FALL-RA、FALL-LL；其第12、13、14腳三根I/O口線接CALL、KEY2、KEY3三個按鍵，用于輸入操作指令；其第20～27腳8根I/O口線接撥碼開關SW203，用于確定監測發射器本身的序號編碼；其第29、31、36、37、38、39、40腳7根I/O口線與發射器的對應引腳連接，傳輸數據。監測發射器20中發射電路21的發射器采用TRF4400，其第22腳FA-OUT接發射天線；第8～12、14、23腳CLOCK、DATA、STROBE、MODE、STDBY、TX-DATA、COCKDET與微控制電路22中MSP430的相應引腳連接。
由圖3可知遙測接收箱30中無線接收電路31所使用的無線射頻接收器U3采用TRF6900；微控制電路32中的微控制器U4采用MSP430；TRF6900的第25、26、27腳STORBE(串行接口選通脈沖)、CLOCK(串行接口時鐘)、DATA(串行接口數據)三根引線連接MSP430的第29、31、39腳3根I/O口線。U5是一穩壓集成電路，將+12V電源變為+3.3V供MSP430和TRF6900使用。SW1撥碼開關確定每個遙控接收箱的序號。微控制器U4的輸出為第32腳TXD，將心電信號送到以太網接口電路33。
由圖4可知遙測接收箱30中以太網接口電路33包括微控制器芯片U200、網絡控制器芯片U201和網絡隔離器芯片U202；網絡控制器芯片U201將8位數據線與微控制器芯片U200的數據線連接，將一根中斷請求線接微控制器芯片U200的中斷接入線INT0或INT1；微控制器芯片U200的串口RX和TX與微控制電路32中MSP430的串口TX和RX連接，進行數據通信；網絡控制器芯片U201的數據發送線TPTX+、TPTX-，數據接收線TPRX+、TPRX-經網絡隔離器芯片U202隔離后與RJ45接口連接，接通以太網40。在一個實施例中，U200采用AT89C51，U201采用DM9008，U202采用LAN7236。
由圖5、圖6可知監測發射器20中傳感放大電路23兩只運算放大器U100、U101接為電壓保持器形式，其同相輸入端分別接左導聯C-LL和C-RA，反相輸入端與輸出端接在一起作為輸出；左導聯電壓保持器U101的輸出接差分放大器U102的同相輸入端和左導聯脫落信號檢測端，右導聯電壓保持器U100的輸出接差分放大器U102的反相輸入端和右導聯脫落信號檢測端，經差分放大器U102放大輸出的心電信號接電阻R110、R111、R112和電容C103、C104、C105組成的高通、低通濾波器后，再接一運算放大器U103構成的電壓保持器，其輸出ECG接至微控制電路22的相應輸入。D100～D103是數據保護二極管，接在運算放大器的同相輸入端，使心電信號波形保持良好不受干擾。導聯脫落檢測電路24由運算放大器U106A、U106B構成電壓保持器，左、右導聯脫落信號RA、LL接入同相輸入端，輸出FALL-RA、FALL-LL接至微控制電路22的相應輸入。
由圖7可知監測發射器20中電源變換電路25的變換器U107、U109采用MAX1675，電池組BATTERY的正極通過電感L100、L101分別接兩變換器MAX1675的輸入端第7腳LX，輸出+3.3V變換器的第2、3腳懸空；輸出+5V的變換器的第2腳LBI接在由兩只電阻R118、R119構成的分壓點，第3腳LBO通過一只電阻R140接在輸出的+5V上。
本發明實施例主要元器件如下表所示
實踐證明，本發明構造簡單，穩定可靠，是一種實用的流動遙測監護設備。
權利要求
1.一種無線集中監護心電數據的方法，包括步驟a.設置微計算機(50)為主站，在主站(50)中設置通訊軟件和管理軟件，主站(50)通過網卡與一有線以太網(40)聯接；其特征在于還包括步驟b.設置1～64個遙測接收箱(30)，以太網(40)與各遙測接受箱(30)通過以太網接口電路(33)通訊，通訊接口符合10 BASE-T協議規范；c.設定各遙測接受箱(30)與自己控制區域內1～8個監測發射器(20)無線通訊，形成一無線遙測系統；d.設定每個監測發射器(20)監護一個病人，實時將測得的心電數據無線傳輸到遙測接收箱(30)；e.設定無線遙測系統采用433MHz頻段，信道間隔25KHz，使用窄帶調制技術GMSK(高斯最小移頻鍵控)，調制指數0.5，波特率4800/9600bps，單向傳輸；f.在數據傳輸過程中對心電數據采用差分算法壓縮；g.設定每組傳送數據包括同步碼2個字節，命令碼1個字節，用戶數據2個字節，CRC校驗2個字節。
2.根據權利要求1所述無線集中監護心電數據的方法，其特征在于所述心電數據差分算法壓縮包括第一個采樣數據被準確地記錄，后面幾個連續的采樣數據被跟它前一個采樣值的差分值所取代，壓縮比接近2∶1。
3.一種無線集中監護心電數據的系統，包括作為主站的微計算機(50)，一個符合10 BASE-T接口規范的以太網(40)，主站(50)與以太網(40)之間由網卡聯接，其特征在于還包括1～64個遙測接收箱(30)和1～512個監測發射器(20)，還包括遙測接收箱(30)和監測發射器(20)所使用的電源；所述每個遙測接收箱(30)最多無線聯接8個監測發射器(20)，遙測接收箱(30)中包括無線接收電路(31)、微控制電路(32)和以太網接口電路(33)；所述監測發射器(20)中包括發射電路(21)、微控制電路(22)、傳感放大電路(23)、導聯脫落檢測電路(24)和電源變換電路(25)。
4.根據權利要求3所述無線集中監護心電數據的系統，其特征在于所述遙測接收箱(30)中無線接收電路(31)所使用的無線射頻接收器采用TRF6900；所述微控制電路(32)所使用的微控制器采用MSP430；TRF6900的第25、26、27腳STORBE(串行接口選通脈沖)、CLOCK(串行接口時鐘)、DATA(串行接口數據)三根引線連接MSP430的3根I/O口線。
5.根據權利要求3所述無線集中監護心電數據的系統，其特征在于所述遙測接收箱(30)中以太網接口電路(33)包括微控制器芯片U200、網絡控制器芯片U201和網絡隔離器芯片U202；網絡控制器芯片U201將8位數據線與微控制器芯片U200的數據線連接，將一根中斷請求線接微控制器芯片U200的中斷接入線INT0或INT1；微控制器芯片U200的串口RX和TX與微控制電路(32)中MSP430的串口TX和RX連接，進行數據通信；網絡控制器芯片U201的數據發送線TPTX+、TPTX-，數據接收線TPRX+、TPRX-經網絡隔離器芯片U202隔離后與RJ45接口連接，接通以太網(40)。
6.根據權利要求3所述無線系統監護心電數據的系統，其特征在于所述監測發射器(20)中傳感放大電路(23)的兩只運算放大器U100、U101接為電壓保持器形式，其同相輸入端分別接左導聯C-LL和右導聯C-RA，反相輸入端與輸出接在一起作為輸出；左導聯電壓保持器U101的輸出接差分放大器U102的同相輸入端和左導聯脫落信號檢測端，右導聯電壓保持器U100的輸出接差分放大器U102的反相輸入端和右導聯脫落信號檢測端，經差分放大器U102放大輸出的心電信號接電阻R110、R111、R112和電容C103、C104、C105組成的高通、低通濾波器后，再接一運算放大器U103構成的電壓保持器，其輸出接至微控制電路(22)的輸入；所述導聯脫落檢測電路(24)由運算放大器U106A、U106B構成電壓保持器，自傳感放大電路(23)接入的左、右導聯脫落信號檢測端RA、LL接入其同相輸入端，輸出FALL-RA、FALL-LL接至微控制電路(22)的輸入。
7.根據權利要求3所述無線系統監護心電數據的系統，其特征在于所述監測發射器(20)中微控制電路(22)的微控制器采用MSP430，其第59、60、61腳三根I/O口線接傳感放大電路(23)送來的心電信號ECG和由導聯脫落檢測電路(24)送來的左、右導聯脫落信號FALL-RA、FALL-LL；其第12、13、14腳三根I/O口線接CALL、KEY2、KEY3三個按鍵，用于輸入操作指令；其第20～27腳8根I/O口線接撥碼開關SW203，用于確定監測發射器本身的序號編碼；其第29、31、36、37、38、39、40腳7根I/O口線與發射電路(21)中發射器的對應引腳連接，傳輸數據。
8.根據權利要求3所述無線系統監護心電數據的系統，其特征在于所述監測發射器(20)中發射電路(21)的發射器采用TRF4400，其第22腳接發射天線；第8～12、14、23腳CLOCK、DATA、STROBE、MODE、STDBY、TX-DATA、COCKDET與微控制電路(22)中MSP430的相應引腳連接。
9.根據權利要求3所述無線系統監護心電數據的系統，其特征在于所述監測發射器(20)中電源變換電路(25)的變換器U107、U109采用MAX1675，電池組BATTERY的正極通過電感L100、L101分別接兩變換器MAX1675的輸入端第7腳LX，輸出+3.3V變換器的第2、3腳懸空；輸出+5V變換器的第2腳LBI接在由兩只電阻R118、R119構成的分壓點，第3腳LBO通過一只電阻R140接在輸出的+5V上。
全文摘要
無線集中監護心電數據的方法及系統，包括主站(50)、有線以太網(40)，特別是還包括遙測接收箱(30)和監測發射器(20)；本發明通過設置監測發射器(20)和遙測接收箱(30)的序號，分配無線信道資源，確定幀結構和數據壓縮算法，設置通訊協議和數據傳輸校驗方式，采用省電工作模式，采用只在監測發射器和遙測接收箱之間進行無線數字通訊的方法，實現網絡化無線集中監護心電數據的目的。
文檔編號H04L12/28GK1524492SQ0311384
公開日2004年9月1日 申請日期2003年2月26日 優先權日2003年2月26日
發明者周賽新, 于亞非 申請人:深圳邁瑞生物醫療電子股份有限公司