远程心电监测系统的研究与设计

2.3 RS 232通信模块

单片机也可以通过RS 232串口将心电信号直接传输到计算机中。单片机和PC机的通信，需要RS 232驱动芯片来实现。本系统采用SP3220驱动芯片，该芯片是一款低功耗宽电压供电的通信芯片，可以完成TTL电平与RS 232电平之间的转换及串口通信，上传速率可高达235 kb／s。我们通过设计接口电路和对SP3220的软件驱动，进而实现心电信号的本地传输。

如图6所示，通过一个上拉电阻将SHDN管脚拉高，使该芯片一直处于工作状态。如果系统需要处于低功耗状态，也可以通过单片机来控制该管脚，工作的时候将该管脚设置为低电平，需要处于低功耗的时候将该管脚设置为高电平，这样就易于控制。



3 系统软件设计

3.1 模数转换和数字滤波

由于前端采集的模拟信号，需要将模拟信号转换成数字信号，才能对心电信号进行数字滤波和传输。本系统采用MSP430F449单片机自带的高速12位逐次逼近型A／D转换器，采用单通道、单次转换和定时器触发的工作方式对心电信号进行模数转换，采样频率设置为250 Hz。

小波变换是20世纪80年代发展起来的一种良好的时频定位方法，是由短时傅里叶变换演变而来的，具有视频局部化的特性。它在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率，在高频部分具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率。小波变换的这些特性比较适合处理心电信号。

因此，本系统采用小波变换的快速算法Mallat算法，对心电信号进行分解，阈值去噪和重构，从而实现信号的滤波功能。在具体的Mallat算法进行滤波实验中，对各级滤波器运用了补零运算的方法，既避免了信息的冗余，又加快了运算的速度。由于分解尺度可调，在程序中，经过反复实验分析，最终确定分解尺度为3级，阈值去噪后进入信号重构模块和UAR2、口，进行信号传输。



3.2 GPRS通信模块软件设计

本系统采用的GPRS模块已嵌入TCP／IP协议栈，无需再编制程序实现TCP／IP协议，单片机就能通过AT／AT+i命令来控制GPRS模块，其中AT命令用来控制MC35i通讯模块(modem)、AT+i命令用来和协议栈进行通信。

由于是利用GPRS基于IP协议的数据传输方式，所以对GPRS模块主要使用AT+i命令进行控制。单片机MSP430F449通过RS 232接口向模块发送相应的AT+i命令对GPRS模块进行初始化、发送和接收数据等控制。



MSP430单片机将要发送的数据发送到GPRS模块串口缓冲中，GPRS模块将数据打成IP包，经GPRS空中接口接入无线GPRS网络，由移动服务商转接到Internet，最终通过各种网关和路由到达医院远程监控中心。监控中心的计算机需要有固定的IP，主要应用Winsock控件来实现数据接收，并通过UDP或TCP协议进行数据交换。

3.3 监控中心软件设计

本系统采用VC来编写监控中心的接收和显示软件，该软件用来接收和显示GPRS模块发送过来的心电信号。因此，需设计成一个可视化的监控界面，而且监控中心的计算机需要有固定的IP地址，才能方便接收患者发送过来的心电数据。VC中的Winsock控件有效屏蔽对Windows套接字的低层操作，可方便地建立起网络中任意两个具有惟一IP地址节点间的连接，并通过UDP或者TCP协议进行数据交换。

该监控中心软件由五部分组成：Socket初始化、数据接收、心电波形的显示、数据分类和存储以及GPRS模块远程遥控命令的发送。

4 结 语

本文介绍了运用MSP430单片机和MC35i通信模块实现的一种无线远程心电监测系统。该系统具有便携性、低功耗、高性能、实时传输等特点。其中，信号采集部分用小波变换方法对心电信号进行滤波，处理过的心电信号更有助于医生查看和诊断；GPRS模块是当前应用较普遍的无线通信模块，在数据传输和Internet网络连接上的性能更加优越，适合用于心电信号的远程传输和监测。该系统不仅可以实现心电信号的远程传输功能，还能将心电信号传输到本地的计算机上，实现本地显示功能。同时，随着检测技术和网络通信技术的不断发展，心电信号的远程监测技术也将不断改进和完善，为患者和医生都带来更大的帮助。