基于AVR單片機的網(wǎng)絡生理監(jiān)護系統(tǒng)

周培義+++陳芳琦+++馬程+++王玉

摘 要：文章針對正常人體生理信號本身的特點采用低功耗濾波電路進行生理信號的采集、放大和傳輸。完成設計一種人體生理信號采集的電路，通過ADS1258對信號進行模數(shù)轉換。利用傳感器將采到并經(jīng)AVR單片機處理的生理信號利用串行通信傳送給PC機，再通過網(wǎng)絡傳輸給終端。生理信號是一種微弱、低頻的生物電信號，我們所采集的心電、脈搏、呼吸、體溫等信號直接來至人體，在采集的過程中可能會混有肌電信號、50Hz工頻信號，加之模擬電路中可能會產(chǎn)生噪聲。因此為了獲取低噪聲的心電信號必須對采集到的生理信號做信號調解。目前對生理信號的降噪有多種方法，文章主要從濾波的方面介紹將噪聲從信號中分離。

關鍵詞：ATmega128；TCP/IP協(xié)議；網(wǎng)絡傳輸；ADS1258

1 引言

當今社會隨著老齡化結構的擴大，生活水平提高后人們對高質量生活的追求，對自己健康狀況的了解日益增加，隨著各種傳染疾病和心血管疾病的蔓延，嚴重的威脅到了人體的生命安全，及時和準確的獲得人體生理參數(shù)（如心率、血壓、體溫等）是十分重要的。人體生理參數(shù)是人體最重要、最基本的生命指標，對危重病人迸行生命指標參數(shù)的監(jiān)測是醫(yī)務工作者及時了解病情狀況的重要手段之一，它有利于對有生命危險傷病員進行及時有效的治療和搶救處理。而我們所要研制的這套基于AVR單片機的遠程網(wǎng)絡監(jiān)護系統(tǒng)就能夠利用現(xiàn)有的成熟的網(wǎng)絡技術將病人的一系列生理參數(shù)及時地傳送給醫(yī)生，使醫(yī)生能夠實時了解病人的健康狀況。

2 基本思路和原理

將傳感器采集到的一系列生理信號的參數(shù)傳送給AVR單片機進行處理，然后一方面將處理后的結果送入液晶顯示器顯示，使病人對自身健康狀況有初步了解；另一方面將結果通過網(wǎng)絡傳送給醫(yī)院的服務器端，供醫(yī)生對病人的健康狀況作出及時且有效的分析。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

3 硬件設計

3.1 硬件設計總體框架

針對以上情況我們設計對本系統(tǒng)如圖2：

3.2 前置放大電路的設計

由傳感器電極經(jīng)過威爾遜網(wǎng)絡得到幅值為幾百微伏電壓信號1和電壓信號2，然后通過差模放大電路進行放大。如圖3所示，儀用放大器AD620組成的差模放大器放大倍數(shù)取100倍。根據(jù)公式（1）：

（1）

其中RG為跨接于AD620

1腳和8腳之間的反饋電阻，G為放大倍數(shù)，圖3中，RG=R8，計算得出R8為5kΩ。

3.3 信號調解電路的設計

3.3.1 50Hz陷波電路設計

由于在測量環(huán)境中不可避免會有50Hz工頻干擾，對微弱的心電信號有很強的干擾，故一定要將該工頻信號濾除。文章采用圖4所示為一陷波電路器，該陷波器采用非對稱阻容網(wǎng)絡構成陷波回路，實現(xiàn)了用單一電位器調整陷波器的中心頻率，用調整負反饋的方法改變Q值。在該電路中可通過調節(jié)R17可改變阻帶寬度。

3.3.2 濾波電路設計

圖5 濾波電路電路

由于心電有用信號為低于100Hz的信號，所以設定濾波電路截止頻率為106Hz。根據(jù)公式[1]（2）：

（2）

圖5中，取R29、R30、R31為1.5K，C18、C19為1uF。

4 系統(tǒng)軟件設計

主控芯片ATmaga128的程序設計流程圖如圖6。

5 結束語

文章介紹的事一種低功耗、多通道同時采樣12位A /D芯片ADS1258的生理信號采集電路，并采用TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)A /D輸出同時PC機進行串行通信，可以記錄各生理信號，不僅可以讓患者在家可及時得知自身生理狀況，而且也可以讓醫(yī)生遠程實時監(jiān)測患者生理參數(shù)，對患者身體狀況及早掌握。做到早監(jiān)控、早發(fā)現(xiàn)、早治療。

參考文獻

[1]靳達.單片機應用系統(tǒng)開發(fā)實例導航[M].北京：人民郵電出版社，2003.

[2]Joseph J.carr， John M.Brown. Introduction to Biomedical EquipmentsTechnology. USA： Prentice hall career&technology， 1993.

[3]蔡建新，張唯真.生物醫(yī)學電子學[M].北京：北京大學出版社，1997.

[4]老楊. AVR單片機工程師是怎樣煉成的：基于C語言+Proteus仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社， 2012.

[5]余學飛.醫(yī)學電子儀器原理與設計[M].廣州：華南理工大學出版社，2006.

[6]沈建良，等. Atmega128單片機入門與提高[M].北京：北京航空航天大學出版社，2009.

[7] 康光華.電子技術基礎模擬部分（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2008.endprint

摘 要：文章針對正常人體生理信號本身的特點采用低功耗濾波電路進行生理信號的采集、放大和傳輸。完成設計一種人體生理信號采集的電路，通過ADS1258對信號進行模數(shù)轉換。利用傳感器將采到并經(jīng)AVR單片機處理的生理信號利用串行通信傳送給PC機，再通過網(wǎng)絡傳輸給終端。生理信號是一種微弱、低頻的生物電信號，我們所采集的心電、脈搏、呼吸、體溫等信號直接來至人體，在采集的過程中可能會混有肌電信號、50Hz工頻信號，加之模擬電路中可能會產(chǎn)生噪聲。因此為了獲取低噪聲的心電信號必須對采集到的生理信號做信號調解。目前對生理信號的降噪有多種方法，文章主要從濾波的方面介紹將噪聲從信號中分離。

關鍵詞：ATmega128；TCP/IP協(xié)議；網(wǎng)絡傳輸；ADS1258

1 引言

當今社會隨著老齡化結構的擴大，生活水平提高后人們對高質量生活的追求，對自己健康狀況的了解日益增加，隨著各種傳染疾病和心血管疾病的蔓延，嚴重的威脅到了人體的生命安全，及時和準確的獲得人體生理參數(shù)（如心率、血壓、體溫等）是十分重要的。人體生理參數(shù)是人體最重要、最基本的生命指標，對危重病人迸行生命指標參數(shù)的監(jiān)測是醫(yī)務工作者及時了解病情狀況的重要手段之一，它有利于對有生命危險傷病員進行及時有效的治療和搶救處理。而我們所要研制的這套基于AVR單片機的遠程網(wǎng)絡監(jiān)護系統(tǒng)就能夠利用現(xiàn)有的成熟的網(wǎng)絡技術將病人的一系列生理參數(shù)及時地傳送給醫(yī)生，使醫(yī)生能夠實時了解病人的健康狀況。

2 基本思路和原理

將傳感器采集到的一系列生理信號的參數(shù)傳送給AVR單片機進行處理，然后一方面將處理后的結果送入液晶顯示器顯示，使病人對自身健康狀況有初步了解；另一方面將結果通過網(wǎng)絡傳送給醫(yī)院的服務器端，供醫(yī)生對病人的健康狀況作出及時且有效的分析。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

3 硬件設計

3.1 硬件設計總體框架

針對以上情況我們設計對本系統(tǒng)如圖2：

3.2 前置放大電路的設計

由傳感器電極經(jīng)過威爾遜網(wǎng)絡得到幅值為幾百微伏電壓信號1和電壓信號2，然后通過差模放大電路進行放大。如圖3所示，儀用放大器AD620組成的差模放大器放大倍數(shù)取100倍。根據(jù)公式（1）：

（1）

其中RG為跨接于AD620

1腳和8腳之間的反饋電阻，G為放大倍數(shù)，圖3中，RG=R8，計算得出R8為5kΩ。

3.3 信號調解電路的設計

3.3.1 50Hz陷波電路設計

由于在測量環(huán)境中不可避免會有50Hz工頻干擾，對微弱的心電信號有很強的干擾，故一定要將該工頻信號濾除。文章采用圖4所示為一陷波電路器，該陷波器采用非對稱阻容網(wǎng)絡構成陷波回路，實現(xiàn)了用單一電位器調整陷波器的中心頻率，用調整負反饋的方法改變Q值。在該電路中可通過調節(jié)R17可改變阻帶寬度。

3.3.2 濾波電路設計

圖5 濾波電路電路

由于心電有用信號為低于100Hz的信號，所以設定濾波電路截止頻率為106Hz。根據(jù)公式[1]（2）：

（2）

圖5中，取R29、R30、R31為1.5K，C18、C19為1uF。

4 系統(tǒng)軟件設計

主控芯片ATmaga128的程序設計流程圖如圖6。

5 結束語

文章介紹的事一種低功耗、多通道同時采樣12位A /D芯片ADS1258的生理信號采集電路，并采用TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)A /D輸出同時PC機進行串行通信，可以記錄各生理信號，不僅可以讓患者在家可及時得知自身生理狀況，而且也可以讓醫(yī)生遠程實時監(jiān)測患者生理參數(shù)，對患者身體狀況及早掌握。做到早監(jiān)控、早發(fā)現(xiàn)、早治療。

參考文獻

[1]靳達.單片機應用系統(tǒng)開發(fā)實例導航[M].北京：人民郵電出版社，2003.

[2]Joseph J.carr， John M.Brown. Introduction to Biomedical EquipmentsTechnology. USA： Prentice hall career&technology， 1993.

[3]蔡建新，張唯真.生物醫(yī)學電子學[M].北京：北京大學出版社，1997.

[4]老楊. AVR單片機工程師是怎樣煉成的：基于C語言+Proteus仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社， 2012.

[5]余學飛.醫(yī)學電子儀器原理與設計[M].廣州：華南理工大學出版社，2006.

[6]沈建良，等. Atmega128單片機入門與提高[M].北京：北京航空航天大學出版社，2009.

[7] 康光華.電子技術基礎模擬部分（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2008.endprint

摘 要：文章針對正常人體生理信號本身的特點采用低功耗濾波電路進行生理信號的采集、放大和傳輸。完成設計一種人體生理信號采集的電路，通過ADS1258對信號進行模數(shù)轉換。利用傳感器將采到并經(jīng)AVR單片機處理的生理信號利用串行通信傳送給PC機，再通過網(wǎng)絡傳輸給終端。生理信號是一種微弱、低頻的生物電信號，我們所采集的心電、脈搏、呼吸、體溫等信號直接來至人體，在采集的過程中可能會混有肌電信號、50Hz工頻信號，加之模擬電路中可能會產(chǎn)生噪聲。因此為了獲取低噪聲的心電信號必須對采集到的生理信號做信號調解。目前對生理信號的降噪有多種方法，文章主要從濾波的方面介紹將噪聲從信號中分離。

關鍵詞：ATmega128；TCP/IP協(xié)議；網(wǎng)絡傳輸；ADS1258

1 引言

當今社會隨著老齡化結構的擴大，生活水平提高后人們對高質量生活的追求，對自己健康狀況的了解日益增加，隨著各種傳染疾病和心血管疾病的蔓延，嚴重的威脅到了人體的生命安全，及時和準確的獲得人體生理參數(shù)（如心率、血壓、體溫等）是十分重要的。人體生理參數(shù)是人體最重要、最基本的生命指標，對危重病人迸行生命指標參數(shù)的監(jiān)測是醫(yī)務工作者及時了解病情狀況的重要手段之一，它有利于對有生命危險傷病員進行及時有效的治療和搶救處理。而我們所要研制的這套基于AVR單片機的遠程網(wǎng)絡監(jiān)護系統(tǒng)就能夠利用現(xiàn)有的成熟的網(wǎng)絡技術將病人的一系列生理參數(shù)及時地傳送給醫(yī)生，使醫(yī)生能夠實時了解病人的健康狀況。

2 基本思路和原理

將傳感器采集到的一系列生理信號的參數(shù)傳送給AVR單片機進行處理，然后一方面將處理后的結果送入液晶顯示器顯示，使病人對自身健康狀況有初步了解；另一方面將結果通過網(wǎng)絡傳送給醫(yī)院的服務器端，供醫(yī)生對病人的健康狀況作出及時且有效的分析。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

3 硬件設計

3.1 硬件設計總體框架

針對以上情況我們設計對本系統(tǒng)如圖2：

3.2 前置放大電路的設計

由傳感器電極經(jīng)過威爾遜網(wǎng)絡得到幅值為幾百微伏電壓信號1和電壓信號2，然后通過差模放大電路進行放大。如圖3所示，儀用放大器AD620組成的差模放大器放大倍數(shù)取100倍。根據(jù)公式（1）：

（1）

其中RG為跨接于AD620

1腳和8腳之間的反饋電阻，G為放大倍數(shù)，圖3中，RG=R8，計算得出R8為5kΩ。

3.3 信號調解電路的設計

3.3.1 50Hz陷波電路設計

由于在測量環(huán)境中不可避免會有50Hz工頻干擾，對微弱的心電信號有很強的干擾，故一定要將該工頻信號濾除。文章采用圖4所示為一陷波電路器，該陷波器采用非對稱阻容網(wǎng)絡構成陷波回路，實現(xiàn)了用單一電位器調整陷波器的中心頻率，用調整負反饋的方法改變Q值。在該電路中可通過調節(jié)R17可改變阻帶寬度。

3.3.2 濾波電路設計

圖5 濾波電路電路

由于心電有用信號為低于100Hz的信號，所以設定濾波電路截止頻率為106Hz。根據(jù)公式[1]（2）：

（2）

圖5中，取R29、R30、R31為1.5K，C18、C19為1uF。

4 系統(tǒng)軟件設計

主控芯片ATmaga128的程序設計流程圖如圖6。

5 結束語

文章介紹的事一種低功耗、多通道同時采樣12位A /D芯片ADS1258的生理信號采集電路，并采用TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)A /D輸出同時PC機進行串行通信，可以記錄各生理信號，不僅可以讓患者在家可及時得知自身生理狀況，而且也可以讓醫(yī)生遠程實時監(jiān)測患者生理參數(shù)，對患者身體狀況及早掌握。做到早監(jiān)控、早發(fā)現(xiàn)、早治療。

參考文獻

[1]靳達.單片機應用系統(tǒng)開發(fā)實例導航[M].北京：人民郵電出版社，2003.

[2]Joseph J.carr， John M.Brown. Introduction to Biomedical EquipmentsTechnology. USA： Prentice hall career&technology， 1993.

[3]蔡建新，張唯真.生物醫(yī)學電子學[M].北京：北京大學出版社，1997.

[4]老楊. AVR單片機工程師是怎樣煉成的：基于C語言+Proteus仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社， 2012.

[5]余學飛.醫(yī)學電子儀器原理與設計[M].廣州：華南理工大學出版社，2006.

[6]沈建良，等. Atmega128單片機入門與提高[M].北京：北京航空航天大學出版社，2009.

[7] 康光華.電子技術基礎模擬部分（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2008.endprint