基于便携式微电脑的多参数生理监护仪研制

前言

多参数重量监护仪能为医学临床诊断提供重要的病人信息，可实时检测人体的心电信号、心率、血氧饱和度、血压、呼吸频率和体温等重要参数，实现对各参数的监督报警。信息存储和传输，是一种监护病人的重要设备，但目前国内的监护仪一般功能单一，多为 CRT显示，体积较大，移动不方便，存在着不足。
该便携式微电脑参数生理监护仪，检测参数多，设计紧凑，体积小巧，携带方便，既可用于病房，也可用于室外，可以定时、连续、长时间地检测病人的重要生命特征参数，它在保障病人的生命安全方面具有重要的临床使用价值。

工作原理

1. 系统工作原理

便携式微电脑多参数生理监护仪的主机由两个16位微控制器80C196组成。

系统通过信号检测与预处理模块将生物医学信号转换成电信号，并进行干扰抑制、信号滤波和放大等预处理。然后，通过数据提取与处理模块进行采样、量化，并对各参数进行计算分析，结果与设定阈值比较，进行监督报警，将结果数据实时存储到RAM，并可实时传送至PC机上，在PC机上可实时显示各参数值。

2. 系统结构

系统原理框图如图1所示。该监护仪由两个单片机组成双CPU系统。

单片机1完成对体温、心电波形、脉搏脉形的信号检测、处理、数据存储，并通过LCD显示屏对各波形、参数进行定时显示、报警。

单片机2承担其中耗时较长的血压测量及血氧饱和度的检测，使之不影响整个系统的正常工作，同时还承担对心率、呼吸频率的测定。

两个单片机间的信息交换通过1个8位的并行口进行，由2根I/O口实现通信控制。具体是用P1口，配合两个高速输入、输出I/O口（HIS.0、 HSO.0），用作两个单片机之间的数据传送。这种双机间的连续方式属于松耦合的多处理机系统（参考文献8），在硬件实现上较为简单，只需在软件编程时，为其通信方式设计必要的通信协议、数据传输方式等。

3.系统硬件设计

（1）系统采用EEPROM 28C64作为程序存储器；采用一片非易失性静态存储器（NASRAM）作为数据存储器。NASRAM具有静态存储器的优点，同时具有非易失性的特点。非易失性的特点是指存储芯片在掉电的情况下，能够正确无误地保存所有数据，保存时间长达10年。采用芯片的非易失性的特点可以不用为此芯片提供掉电备用电源，即可实现掉电数据保护。

（2）液晶显示模块

为了对心电波形、脉搏波形及其它生理参数进行显示，而且对波形显示具有足够的分辨率，为此系统采用图形液晶显示屏。为了减少仪器的体积，实现系统低成本，功耗小的要求，选用了特别适用于便携式监护仪的单色LCD显示屏。

该显示屏为日立LMG70520XNGR液晶显示屏，点阵数为640×200，点尺寸为0.22×0.30，其驱动电源为+5V和-20～-21V,耗电仅8mW，能满足本系统的要求。

为控制该显示屏的显示，我们选取了适用于该显示屏的显示控制器SED1330。该芯片是用于计算机的指令与数据，并产生相应的时序及数据控制液晶显示屏的显示。该控制器自带RAM，自行管理显示缓冲区，与CPU之间通过8位数据并行传输，与显示屏之间是4位数据并行传输。

（3）键盘输入模块

系统设计的功能键采用中断方式输入。当有任一功能键按下时，产生键盘中断，CPU执行中断程序，读取键码，执行相应操作；没有键按下时，不占用CPU的运行时间，提高了CPU的运行效率。

键盘采用两片74LS373构成矩阵软件编码键盘，键盘部分直接挂在单片机1的总线上。不占用单片机I/O口线，也不必为此扩展系统I/O口，可减少系统消耗功率。

通过为键盘分配相应的I/O地址，可采用读写该地址的方式获得键码。硬件实现简单，软件编程方便。

（4）电源系统

基于低功耗和便于携带使用的考虑，系统采用电池供电及外接AC-DC变换器件供电的方式。设计采用三节1.5V电池供电。该电压通过稳压器件提供+5V的电压给系统工作。同时采用DC-DC电压变换器+5V的电压变换至-18～-24V电压，以提供给LCD显示屏工作。

选择电池作为电源是基于如下考虑：具有高输出能力、小型结构、标准尺寸和低价格。

（5）外围器件控制

系统各外围器件的片选信号由74LS373锁存的地址信号，经芯片GAL16V8C译码产生。GAL芯片是可编程逻辑阵列，通过对其引脚的编程，将其作为译码器，依据P4口高字节8位地址进行片选，其编程方便，使用灵活。系统除用作译码器外，在单片机2中，还用作控制气泵和气阀的开关。

通过簇已分配给气泵或气阀I/O口地址，写上"0"或"1"，则输出引脚OUT1、OUT2为低或高电平。该电平将保持，直到再次往同一地址写"1"或 "0"，如此，可定时控制气泵或气阀开关。
4.系统软件设计

系统软件的主要特点是，以实时数据为核心，以功能独立化、结构