基于GPRS網絡的醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)

出處：mygaojian 發(fā)布于：2012-02-21 09:20:02

　　摘要：介紹了一個由ARM 處理器S3C44B0X 與M590E GPRS 模塊構成的家庭遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)。筆者介紹了S3C44B0X 以及M590 的性能特點，主要外圍接口電路的設計，以及軟件設計架構和系統(tǒng)的組成原理，并給出了GPRS模塊的軟件配置方法。經過實驗測試，本系統(tǒng)在應用中取得了比較好的效果。

　　近年來，在家庭修養(yǎng)的病人由于不能得到及時看護和搶救，死亡的人數大量提高。而隨著老年化的加劇，老年人在家中的健康狀況也得到了更高的重視。本文研究的醫(yī)療服務系統(tǒng)可以極大的降低運送病人的時間和成本，并能及時的看護老年人的健康狀況，對提高我國全民的健康水平有著重要作用。本論文提出了一種基于GPRS 網絡的家庭醫(yī)療服務系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用了的GPRS 傳輸技術和比較人性化的菜單式人機接口，實現了醫(yī)院對家庭病人的實時監(jiān)測。

　　1 系統(tǒng)工作原理

　　該系統(tǒng)由人體健康參數檢測模塊，GPRS 網絡和遠程計算機監(jiān)控中心組成。人體健康參數檢測模塊由人體生命參數采集傳感器，傳感器組是適配板，GPRS 網絡，MPU 及輔助電路構成，如圖1 所示。

圖1 結構框圖

　　傳感器進行對人體健康參數的采集，當傳感器采集的信號是數字量，則信號直接傳送給MPU.當傳感器采集的信號是模擬量則需要通過傳感器組適配板進行信號放大濾波處理，再傳送給MPU.通過MPU 處理的信號在LCD 上顯示和存儲，MPU 對數據進行相應的協(xié)議封裝然后傳送給GPRS 無線通訊模塊，該模塊將數據傳送上GPRS 公眾網，通過Internet 傳輸方式將數據傳送到遠程計算機監(jiān)控中心。該中心對接收到的數據進行整理存儲，以達到監(jiān)測病人的目的。

　　1.1 GPRS 模塊

　　出于對性價比和系統(tǒng)要求的考慮，本系統(tǒng)采用了Wavecom 公司的M590E GPRS 模塊。本模塊具有語音，簡訊服務，數據傳輸以及FAX 功能并集成了Base band,RF 以及快速閃存并支持RS232 等。

　　GPRS 模塊和MPU 之間可通過RS232 串口進行通信。

　　該模塊是基于IP 協(xié)議的，GPRS 網要經過發(fā)送符合IP 協(xié)議的數據包才能與S3C44B0X 進行通信。而且在uClinux 操作系統(tǒng)具有完備的TCP/IP 協(xié)議棧，完達到系統(tǒng)功能的要求。

　　進行通信時，步要通過AT 命令建立GPRS 信道，第二步設置波特率并指定上層協(xié)議開通GPRS 鏈路，采用PPP協(xié)議來進行數據鏈路層的連接和傳輸。

　　底層鏈路成功建立以后，就要進行上層的socket 通信。

　　鏈路層的上邊就是IP 層，該層之上可以選擇的協(xié)議有面向連接的TCP 和面向非連接的UDP 協(xié)議。如果數據可靠性要求較高，應當選擇TCP 協(xié)議，可是其實現比較復雜，并且系統(tǒng)負荷較大；雖然UDP 協(xié)議的可靠性較低，但是對網絡的負荷較小。比較適合數據的實時傳輸。本系統(tǒng)對實時性要求比較高，應選用UDP 協(xié)議，本協(xié)議不但簡單，而且在實際的應用中效果良好。本系統(tǒng)要實現遠程測控，所以要為GPRS 模塊的PC 機編寫一個通信軟件。主要用于接收發(fā)送UDP 協(xié)議的IP包和一個類似嵌入式系統(tǒng)的LCD 菜單人機對話框。

　　1.2 遠程計算機監(jiān)測中心的軟件實現

　　遠程計算機監(jiān)測中心實際上就是一個管理數據庫的系統(tǒng)。遠端數據庫采用SQL Server 作為軟件。SQL 是一種結構化查詢語言并是一種標準數據庫語言，SQL 對數據庫的隨即查詢以及管理數據庫和設計程序功能十分豐富。本系統(tǒng)的用戶界面采用C++ Builder 作為開發(fā)語言，本軟件可以提供豐富的可視和不可視控件，可以創(chuàng)建良好的用戶界面，能進行高效能的數據庫管理和訪問，并能快速執(zhí)行和網絡編程。該數據庫功能強大，不僅有查詢，添加，刪除以及編輯的基本功能，還能報警，結果導出，打印，查詢以及繪圖等實用功能。

　　2 系統(tǒng)的軟件和硬件的實現

　　2.1 硬件電路

　　該系統(tǒng)的嵌入式微處理器采用Samsung 公司的S3C44B0X,S3C44B0X 是基于ARM7TDMI 核的32 位高速處理器[4].此MPU 具有LCD 控制器，4 個DMA 通道，定時器，外部存儲控制器，通用I/O 口，2 個通道UART 以及外部中斷源等。S3C44B0X 還有8 路模擬信號輸入的10 位逐次逼近型數模轉換器，可實現將模擬信號轉化為數字量的功能。本系統(tǒng)的具體硬件電路如圖2 所示。

圖2 硬件電路框圖

　　2.1.1 信號放大濾波電路

　　氣體濃度通過氣體傳感器轉換為電壓信號輸出。因為氣體濃度的變化比較緩慢，傳感器的電壓信號變化量比較小。

　　所以要對信號進行放大。本系統(tǒng)的信號放大濾波模塊由測量放大器原理電路，如下圖3 所示。該電路有第1 級的同相輸入電路，輸入電阻高，并且因為電路結構對稱，可較好地抑制零點漂移；第2 級是差分放大電路，能較好地對擾動的竄入進行抑制。小電容的一端接地另一端與測量放大器輸出信號相連，可以對信號進行濾波。

圖3 信號放大濾波電路圖

圖3 信號放大濾波電路圖。

　　2.1.2 S3C44B0X 與GPRS 模塊的連接

　　S3C44B0X 本身帶有兩個串口控制寄存器，該串口通過電平轉換器MAX232 進行電平轉換，轉換以后的接收端口RXD 和發(fā)送端口TXD 與GPRS 模塊的對應腳相連，再將MPU 上的清除發(fā)送端口CTS 和請求發(fā)送端口RTS 與GPRS模塊對應腳相連，從而就實現了MPU 與GPRS 模塊之間的通信[6].MPU 的I/O 口與GPRS 模塊開關進行連接，通過置位來控制GPRS 開關。

　　2.2 系統(tǒng)的軟件實現

　　搭建完硬件平臺以后，考慮操作系統(tǒng)的選擇，因為操作系統(tǒng)的選用是實現各系統(tǒng)功能的關鍵。該系統(tǒng)采用了的uClinux 操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)沒有MMU 即內存管理單元，比較適合ARM 式微處理器。該系統(tǒng)采用uClinux-20040408 版。該版本的操作系統(tǒng)帶有很多硬件的驅動程序，比如串口驅動，LCD 顯示等，另外還具有完整的嵌入式TCP/IP 網絡協(xié)議。

　　如果需要加上自己的驅動，可采用文件系統(tǒng)方便地加入內核中。驅動程序編輯好以后，就可以為上層的應用程序的編寫提供接口函數，也就可以開始編寫針對設備的應用程序，就可以重新編譯內核。把該操作系統(tǒng)的二進制文件燒載進FLASH 中，就能實現對外部設備的使用了。

　　該系統(tǒng)的軟件功能模塊由初始化模塊，顯示器模塊，鍵盤功能模塊，操作系統(tǒng)模塊以及數據解算模塊組成。主程序流程圖如圖4 所示。

圖4 主程序流程圖

　　本系統(tǒng)的主程序的主要功能是對傳感器模擬信號的轉換、存儲、顯示以及發(fā)送。該系統(tǒng)將接收的模擬信號通過ADC轉換為數字信號后在LCD 上顯示，經操作人員得到確認后將數據存儲到系統(tǒng)的FLASH 中，對信號進行一定的處理以便達到GPRS 傳輸的需要，通過對上位機發(fā)出發(fā)送信號的請求，并且該系統(tǒng)接收到上位機的回應便可以進行發(fā)送。

　　該系統(tǒng)的數據采集程序中運用了一個帶數字濾波的AD轉換方法即中位值濾波，該方法是對數據進行4 次采樣，除去其中的值和值，再取平均值，得到系統(tǒng)可用的數據，該方法對去除尖峰干擾有較好的效果。

　　3 結束語

　　本系統(tǒng)在哈爾濱市某小區(qū)進行了試運行，取得了比較滿意的效果。使用該系統(tǒng)時，用戶可根據自身的實際情況靈活的選擇人體檢測傳感器，通過比較人性化的菜單式人機接口可以直觀地觀察到自身的健康信息；用戶也可以隨時將健康信息發(fā)送到醫(yī)療監(jiān)測中心，該系統(tǒng)不受時間和地域的限制。該系統(tǒng)成本較低，使用方便將具有廣闊的應用場景和市場，對我國全民健康水平的提高具有重要的作用。