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文献综述

基于ARM9便携式心率监测系统的设计与实现综述

吴君晓

(宁波大红鹰学院信息工程学院，08计科3班)

1引言

随着人们物质水平的不断提高，人们对健康的重视程度也在不断提升，同时人类的文明病也在不断的显现出来。对于一些高血压、脑溢血、心脏病等突发而致命的疾病而言，心率的监测可以保障人们应对突发状况，发出警报，可及时作出急救措施。由张石和董建威撰写的《便携式无线心电监护仪的低功耗设计》中指出，随着无线通信技术的不断发展，集成化、小体积的便携式嵌入式设备也得到了不断的发展。如今，便携式设备已经渗透到几乎各个行业中，尤其在医学领域。由于心脏病发病具有突发性、短暂性和危险性等特点，所以有必要对患者的心电图进行长时间实时监测，因此，可供心脏病患者使用的便携式无线心电监护仪具有广阔的应用前景。

由李晓芳申请开发的专利200710014420血压心率监测报警表展现了现阶段国内外的便携式人体生理监护仪的研究和发展方向。血压心率监测报警表包括带显示屏的表盘和与表盘连接的表带，表带内设置有测量血压的血压传感器和测量心率的心率传感器；表盘内设置有比较器，与血压传感器和心率传感器连接，用于比较实际测得值与正常值；比较器与触发器连接，触发器分别与显示屏、ＧＰＳ系统、报警器和无线信号传输系统连接，ＧＰＳ系统同时与无线信号传输系统连接。表盘内也可设置时间芯片，通过显示屏显示时间。本产品通过血压传感器和心率传感器可以测量血压和心率，通过比较，若值超出正常范围则触发报警器接通报警，同时ＧＰＳ系统及无线信号传输系统导通，发出病人急救信号并发送所处GPS坐标地址给医院，能够最大限度地挽救生命。 2系统工作原理和总体设计 2.1 系统设计

通过阅读文献资料可知，生理监测系统可分为三个模块:完成对用户心率特征采集的数据采集模块; 完成与主机通信的无线模块;完成对用户数据处理反馈显示的人机交互模块。心率监测系统总体框架如图1所示。

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图 1 心率监测系统总体框架图

2.2 数据采集模块

心率（脉搏）是人体的重要生理参数，实时掌握这些健康参数有利于防病治病及早发现疾病以及应对突发状况。系统利用专门的红外脉搏传感器采集人体脉搏波和心电信号，采集电路对这些信号进行模拟放大、简单滤波、A/D转换后，并根据数据处理系统的指令把数据传送到数据处理系统中。

目前，国内外生理监测系统一般采用有线装置，多采用红外脉搏传感器采集数据。根据《KHKG-07系列红外线脉搏传感器使用说明书》可知，红外脉搏传感器是利用特定波长红外线对血管末端血液微循环产生的血液容积的变化的敏感特性来检测由心脏的跳动引起的指尖血液变化。红外脉搏传感器通过信号调理电路、A／D转换、数字信号处理、比较电路输出同步于心脏搏动的脉冲信号。其中HKG--07A输出同步于脉搏跳动的脉冲信号（如图2所示），从而计算出脉率；HKG--78输出反映指尖血容积变化的完整的脉搏波电压信号（如图3所示）。主要应用于临床上脉率的测量、监测和脉搏波的病理分析。其接口说明如图4所示。

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图3

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图 2 红外线脉搏传感器接口图

2.3 无线通信模块

在Hooi Been Lim论文《A Human Body Model for Efficient Numerical Characterization of UWB Signal Propagation in Wireless Body Area Networks》和论文《Wireless Sensor Networks for Personal Health Monitoring: Issues and an Implementation 》中论述了现代传感器技术对于推动远程监测系统的重要意义。随着传感器技术、低功耗集成电路和无线通讯技术的不断发展，无线生理传感器网络已逐渐向低功耗、微型化、轻量化和智能化方向发展。无线身体区域网络（WBAN）是一种新的实现远程健康监测及交互功能的等前景应用系统。这些网络节点能够获取、处理、传输一个或多个生理信号，并可以无缝集成到无线个人局域网（WPANs）或无线体域网（WBANs）用于健康监测。与此同时,对远程医疗和健康监护系统的研发也将推动无线传感器网络相关技术的不断发展。

由胡振光和王洪金论文《基于GSM网络的无线心率实时监测系统研究》[5]

中介绍了数据进程通信的三种主要方式：(1)近程射频通信技术；(2)蓝牙通信技术；(3)Zigbee通信技术。近程射频通信模块需要考虑通信频率与发射功率的限制。Zigbee通信多用于组网情况，符合IEEE802.15.4的无线传感器网络的标准。

由于系统用户是在移动中与主机进行通信的，除了在主机端配置了无线网卡来接收用户终端的数据外，还通过GPS模块(标称定位精度10 m)从卫星获得报警终端的本地GPS坐标，根据定位的信息，呼叫急救中心。

查阅王鑫的文献《重症救护车急救智能辅助系统的设计与实现》中指出了移动传送信息也静止传送提出更高的要求。移动信息传送采用了套接字(Socket)技术，通过无线方式进行数据传输。同时为了缓解在网络通信不好的情况下导致的数据积压，数据不能发送出去的情况，系统发送端采用停等策略，即每次发送完数据后对接收端进行监听，设置标志位，以判断是否停止视频帧的压缩。在接收端，接收到视频帧以后，向发送端发送标志位，使接收端开始压缩，传送下一帧数据。这样，当网络异常时，由于停止压缩，这样就不会造成数据积压。

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2.4 数据处理模块

由马利娜硕士论文《基于ARM9的便携式脉搏波分析诊断仪设计脉搏波信号分析处理程序》中实现了数据处理模块所需要的脉搏波的识别与分离、脉搏波波形系数K值及脉搏周期T的计算、根据相关公式计算心血管血流参数值等工作。整个程序的流程图如图5所示。当主程序调用线程thread2后，进行脉搏波数据的采集，接收到采集的数据后，先初步判别采集到的数据是否在正常的合理范围，并相应地实时显示脉搏波波形，如果这些数据在合理的范围内则保存这些数据，接下来再采用基于脉搏波波形特征的自适应分离方法来实现波形的分离，从而可计算得到脉搏波波形系数K值及脉搏周期T，最后再根据常规血压值、K值及周期T等通过公式计算得到相应的心血管血流参数值。测量计算完成后结束采样线程thread2，返回主程序。徐晓的论文《健康监护仪智能报警模型研究》绘制了智能健康报警流图，如图6所示。

图 3心血管血流参数值计算流程图

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图4 智能健康报警流程图

2.5 LCD显示模块设计

叶小岭在《基于ARM的生化分析仪LCD设计》一文中分析陈述了LCD显示驱动模块的设计，真正实现了人机交互。在文中，指出在Linux程序设计中，对某些物理缓冲区地址空间的访问是受限制的，也提出了帧缓冲的解决方案。为此， Linux 提供了mmap函数，可将文件的内容映射到应用程序空间。对于帧缓冲设备，则可通过映射操作，将屏幕缓冲区的物理地址映射到应用程序空间的一段虚拟地址中，之后就可以通过读写这段虚拟地址访问屏幕缓冲区，在屏幕上绘图。因为帧缓存对应的源文件在 linux /drivers/video/目录下，总的抽象设备文件为 fbcon.c。在应用程序中，一般通过将FARMe Buffer 设备映射到进程地址空间的方式使用，打开 /dev/fb0 设备，并通过 mmap 系统调用进行地址映射，随后用memset将屏幕清空，此外帧缓冲驱动要完成的工作还包括：分配显存的大小、初始化 LCD 控制寄存器、设置修改硬件设备相应的var信息和fix信号。

图 5 LCD显示工作流程图

3系统工作原理和总体设计

李绪勇在《便携式人体生理参数监测仪设计》一文中指出，多功能便携式测试仪将会有更广阔的应用前景，其创新点在于集人体各种参数测量与安全报警功能为一体，液晶显示和语音播报相结合，非常人性化。在此基础上，系统还能进一步完善和扩展。比如在急救中心端增加生理参数数据记录和分析功能，还可添

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加脑电分析，进而形成一个全方位不受地域限制的医疗监测和诊断辅助系统。另外，可把急救中心端设计成一个专家网络，使专家远程诊断。本系统的设计方案在应用领域也有很大的可扩展性，例如，可将其设计为便携式的设备，用于野外探险等特殊环境。 4 总结

通过对人体监测系统文献的阅读和无线传感器技术资料的相关整理了解，本人对远程医疗监测有了更系统的认识，总结了传感器工作原理，分析了生理监测系统数据采集模块、通信模块、数据处理模块以及LCD显示驱动功能模块的实现。本人将对ARM体系结构和传感器技术和嵌入式Linux编程进行研究，有信心设计开发出一款集心率参数测量显示和越限报警功能于一体的基于ARM9便携式心率监测系统。 【参考文献】

[1] 张石，董建威.便携式无线心电监护仪的低功耗设计[J].医疗卫生装备，2006年第27卷第7期.

[2] 华科电子技术研究所.KHKG-07系列红外线脉搏传感器使用说明书[DB/OL].

http://wenku.http://www.wodefanwen.com//view/d08d6658be23482fb4da4c52.html.

[3] Hooi Been Lim.A Human Body Model for Efficient Numerical Characterization of UWB Signal Propagation in Wireless Body Area Networks. Biomedical

Engineering[C], Biomedical Engineering, IEEE Transactions on ,2011 689-697. [4] Aleksandar Milenkovi?. Wireless Sensor Networks for Personal Health Monitoring: Computer Communications ,2006, 29(13/14) .

[5] 胡振光，王洪金.基于GSM网络的无线心率实时监测系统研究[J].无线通信技术，2010年4期.

[6] 王鑫，宋学瑞.重症救护车急救智能辅助系统的设计与实现[J].现代电子技术，2010年1期.

[7] 马利娜.基于ARM9的便携式脉搏波分析诊断仪设计[D].厦门：厦门大学硕士论文,2009.

[8] 徐 晓,翟敬梅.健康监护仪智能报警模型研究[J].中国制造业信息, 2010,39(7): 47~53.

[9] 叶小岭,谢天恩.基于ARM的生化分析仪LCD设计[J].微计算机信息，2008,24（12-2）：171~173 .

[10] 李绪勇，毛晓波.便携式人体生理参数监测仪设计[J].电子设计工程，2009年第17卷第10期.

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加脑电分析，进而形成一个全方位不受地域限制的医疗监测和诊断辅助系统。另外，可把急救中心端设计成一个专家网络，使专家远程诊断。本系统的设计方案在应用领域也有很大的可扩展性，例如，可将其设计为便携式的设备，用于野外探险等特殊环境。 4 总结

通过对人体监测系统文献的阅读和无线传感器技术资料的相关整理了解，本人对远程医疗监测有了更系统的认识，总结了传感器工作原理，分析了生理监测系统数据采集模块、通信模块、数据处理模块以及LCD显示驱动功能模块的实现。本人将对ARM体系结构和传感器技术和嵌入式Linux编程进行研究，有信心设计开发出一款集心率参数测量显示和越限报警功能于一体的基于ARM9便携式心率监测系统。 【参考文献】

[1] 张石，董建威.便携式无线心电监护仪的低功耗设计[J].医疗卫生装备，2006年第27卷第7期.

[2] 华科电子技术研究所.KHKG-07系列红外线脉搏传感器使用说明书[DB/OL].

http://wenku.http://www.wodefanwen.com//view/d08d6658be23482fb4da4c52.html.

[3] Hooi Been Lim.A Human Body Model for Efficient Numerical Characterization of UWB Signal Propagation in Wireless Body Area Networks. Biomedical

Engineering[C], Biomedical Engineering, IEEE Transactions on ,2011 689-697. [4] Aleksandar Milenkovi?. Wireless Sensor Networks for Personal Health Monitoring: Computer Communications ,2006, 29(13/14) .

[5] 胡振光，王洪金.基于GSM网络的无线心率实时监测系统研究[J].无线通信技术，2010年4期.

[6] 王鑫，宋学瑞.重症救护车急救智能辅助系统的设计与实现[J].现代电子技术，2010年1期.

[7] 马利娜.基于ARM9的便携式脉搏波分析诊断仪设计[D].厦门：厦门大学硕士论文,2009.

[8] 徐 晓,翟敬梅.健康监护仪智能报警模型研究[J].中国制造业信息, 2010,39(7): 47~53.

[9] 叶小岭,谢天恩.基于ARM的生化分析仪LCD设计[J].微计算机信息，2008,24（12-2）：171~173 .

[10] 李绪勇，毛晓波.便携式人体生理参数监测仪设计[J].电子设计工程，2009年第17卷第10期.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2dia.html