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基于单片机和FPGA的远程医疗监控系统

2013年01月24日 11:16 次阅读
  一、设计目的

  随着电子信息的飞速发展,近年来,远程医疗监控技术也渐渐成为医疗界的一个热点。重要生命参数的远程监控给年老体弱者带来了方便,也给现代医疗界的发展做出了很大的贡献。

  远程医疗监控系统,它是一种集成信息科学、计算机技术和通信应用技术于医疗卫生领域的高科技产业品。系统主要组成部分为:基于微控制器和传感器节点组成体征采集模块,基于GPRS/GSM的无线收发模块,基于FPGA的上位机监控模块。体征采集模块利用各类专用传感器采集人体体征,并由微控制器进行处理打包,经由GPRS/GSM通信网络上传至上位机监控中心,远程医生/监护人可定时/实时监控病患。该系统测量准确,实用创新性强,性价比高,具有很好的推广价值。

  二、设计要求

  设计一个远程医疗监控系统。要求:

  1.通过各传感器节点准确采集各项体征信号并交于89c51单片机进行处理,计算出各项体征信息(包括体温、血压、脉搏、心率),组成体征采集子模块,完成各项体征信息采集,并上传到GPRS/GSM无线模块。

  2.GPRS/GSM无线模块将接收到体征信息,并准确地送往上位监控机。

  3.基于FPGA的上位监控机接收到下位机信息,并进行分析处理及控制。

  三、设计器材

  1.各类体征传感器(ASDX100压力传感器、HK-2000B脉搏传感器、DS18B20温度传感器);

  2.微控制器、GPRS/GSM模块、FPGA开发箱;

  3.镊子、钳子、电阻电容电位器导线等若干、焊锡若干。

  四、设计原理及设计方案

  1. 设计原理

  远程监控系统可以定义为通过无线通信技术将远端的体征生理信息和医学信号传送到上位机监控中心进行分析并给出诊断意见的一种技术手段。

  (1) 医疗监测原理

  重要生命参数的远程监护是年老体弱者口常监护的一个重要内容,检测的生理信息主要包括:体温、脉搏、血压、心率、心电图、呼吸、血气(氧分压和二氧化碳分压)、血氧饱和度、血糖等。这类生理参数在远程监控系统中一般要求无创或微创检测。本文以温度、脉搏、血压及心率信号为采集对象,选择了简单方便的传感器和无创测量的方法。

  (2)无线通信技术

  随着信息技术的不断发展和社会需求的口益增长,无线通信已经进入规模化发展的阶段,快速发展的无线通信已成为信息产业中最为耀眼的“亮点”,为各种潜在的工程技术提供了新的方法和手段,并成为推动社会发展的强劲动力。无线通信以其不需辐设明线、使用便捷等特点,展示出广阔的市场前景。无线通信技术正以较快的速度进入许多产品,它与有线相比主要具有成本低、携带方便和省去布线的烦恼等优点,特别适用于遥控、遥测、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF智能片、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器控制、信息家电、无线232、无线422/485数据通信等领域。

  利用GPRS/GSM技术进行无线通信,使传统的串口通讯扩展为GPRS/GSM无线网络通讯,可以实时的把采集到的数据发送到上位机,实现数据的及时交换及串口设备的快速无线联网。

  2.设计方案

  (1) 医院监控网络体系方案

  医院监护系统由有线网络(局域网)和无线网络两部分组成,如图4.1所示。患者身上佩戴的采集终端,将采集到的生理信息数据(体温、脉搏、血压、心率)发送到AP (Access Point )。AP通过医院的局域网,将数据转发到上位监控机上,由上位监控机对数据进行分析和处理。

  AP上电后立即尝试连接局域网上的服务器,服务器的IP和端口号以及AP的网络配置都写在配置文件中,用户可以手动修改,连接成功后进入就绪状态。

  如果有携带移动监护设备的患者进入AP的覆盖区域移动监护设备将会查询到AP并与之建立ACL链路,AP接受连接将会进行主从切换,保证AP作为传感器网络的主单元可以继续被其他移动监护设备发现和建链。之后移动监护设备和AP之间进行SDP , L2CAP, RFCOMM连接。AP向服务器报告有移动监护设备进入该区域,此后AP将透明地转发AP和移动监护设备之间的双向数据。主机可以通过AP和移动监护设备的串口替代功能完成控制、数据采集的功能。当患者离开此AP的覆盖范围后,链路中断,AP向服务器报告移动监护设备离开该区域,同时患者携带的移动监护设备开始搜索新的 AP。医护人员根据移动监护设备与哪一个AP相连可以获知患者在整个病区内的活动情况。其设计结构如图1所示。

 图1 医院无线监控系统结构 
图1 医院无线监控系统结构

  (2) 家庭监护网络体系方案

  远程家庭监控网络体系结构如图2所示。

图2 家庭无线监控系统结构  
图2 家庭无线监控系统结构

  无线系统主要由各个传感器节点(脉搏、体温、血压、心率等传感器节点)、若干个具有路由功能的无线节点和中心网络协调器(监护基站设备)组成。监护基站设备连接无线网络与以太网,是家庭无线网络的核心部分,负责传感器网络节点和设备节点的管理。各项体征数据经过家庭网关传输到远程监护服务器。远程监护服务器负责脉搏生理数据的实时采集、显示和保存。医院监护中心和医生可以登录监护服务器查看被监护者的生理信息,也可以远程控制家庭无线网络中的传感器和设备,从而在被监护病人出现异常时,能及时检测到并采取抢救措施。被监护者的亲属等也可以登录监护服务器随时了解被监护者的健康状况。

  五、设计流程

  1.传感器单元的设计

  传感器节点主要功能为采集人体体征信息(包括体温、脉搏、血压、心率),其节点主要包括5部分:中央处理器模块(51单片机)、无线数据通信模块(GPRS/GSM)、传感器、A/D转换及相关调理电路、电源模块。节点框图和处理器单元如图3所示。

 图3 监控传感器节点结构 
图3 监控传感器节点结构

  2 .GPRS/GSM模块的设计

  介绍了一种通过GPRS/GSM短消息的收发实现对工程上数据采集系统的远程监控,其能够完成对工程上数据采集系统的运行状况监测及采集数据的传输。同时也能够通过短消息控制数据采集系统完成指定的操作。系统自带有存储器,能够按接收到的指令对设备进行配置,并将其存储到设备自带的存储器中。同时系统配备了看门狗,能够使系统在异常状态下重启系统,使系统做到永不死机。由于该系统采用了GSM短消息作为通信载体,使其克服了普通电话监控的人机界面不友好,话费高,且控制功能少等缺点。GSM硬件图如下图4所示。

  更多设计详情及源代码:【详见

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发表于 2013-10-30 09:26 1057次阅读
预防重于治疗  移动装置结合医电成新蓝海

便携医疗走红 知名厂商机遇何在?

消费性便携式医疗设备日益受到重视,逐步走向大众化市场,并朝着小型化、低功耗和低成本的设计方向进军。强...

发表于 2013-08-15 09:00 1201次阅读
便携医疗走红 知名厂商机遇何在?

Google Glass首现医疗领域 全程直播外...

Google Glass第一次用于外科手术中,东缅因医疗中心的Rafael Grossman医生通过...

发表于 2013-06-24 11:44 992次阅读
Google Glass首现医疗领域 全程直播外...

物联网应用案例:精确传感器探积水自动监控系统

去年“7·21”特大暴雨,造成京港澳高速南岗洼路段发生严重积水,双向车道无法通行。今年入汛前,首发集...

发表于 2013-06-21 11:16 660次阅读
物联网应用案例:精确传感器探积水自动监控系统

医疗健康软硬件需求激增,OEM厂商商机无限

调查结果显示,约有四分之一受访者认为,安全系统(占22%)是其最关注的基础设施,18%表示服务器/虚...

发表于 2013-06-17 10:09 648次阅读
医疗健康软硬件需求激增,OEM厂商商机无限

编辑推荐五月精华设计方案汇总

各大知名半导体厂商最新推出了哪些创新解决方案?电子发烧友网读者在2013年5月份关注哪方面的设计案例...

发表于 2013-06-06 13:35 1421次阅读
编辑推荐五月精华设计方案汇总

法Carmat人工心脏将首次植入于人体进行试验

Carmat的人工心脏整合了嵌入式电子电路以及多个传感器。这套人工心脏装置包括了一个为病患提供资讯的...

发表于 2013-05-20 09:15 397次阅读
法Carmat人工心脏将首次植入于人体进行试验

提高医疗保健及疾病监控设备的资料存取和软件升级能...

疾病监控设备通常用于测量患者的生命迹象,例如,血压、心率等参数,管理这些重要资料的要求远远超出了简单...

发表于 2013-05-09 15:47 688次阅读
提高医疗保健及疾病监控设备的资料存取和软件升级能...

意法半导体:MEMS技术在医疗保健产业的应用与发...

MEMS为医疗保健产业开启很多新的成长空间,能够让更多的人享受到医疗保健服务。MEMS能够监控多种重...

发表于 2013-05-09 10:38 1205次阅读
意法半导体:MEMS技术在医疗保健产业的应用与发...

医疗保健热潮汹涌,ADI力拓霸主版图

无论从投资力度、销售额增长速度、市场份额,还是从ADI全球专门医疗保健(Healthcare)市场及...

发表于 2013-05-09 09:03 1632次阅读
医疗保健热潮汹涌,ADI力拓霸主版图

紧扣互联主题,飞思卡尔驰骋医疗领域

据IMS研究所报告,在未来五年内,无线医疗设备的用户量将超过5千万。中国医疗电子蕴藏的潜力,给全球知...

发表于 2013-05-06 16:17 772次阅读
紧扣互联主题,飞思卡尔驰骋医疗领域

远距离病人监测:重塑21世纪医疗保健技术与趋势

远距病人监测技术在医疗保健中发挥着重要作用。意法半导体开发出一个有望具有这种灵活性的健康监测系统为该...

发表于 2013-05-06 15:50 2131次阅读
远距离病人监测:重塑21世纪医疗保健技术与趋势

医疗IC应用攀升,优秀分销商医疗方案简析

远程医疗诊断和家庭保健需求攀升刺激医疗半导体市场上扬,为医疗电子产业带来巨大商机。以地区来看,亚太地...

发表于 2013-05-06 09:16 735次阅读
医疗IC应用攀升,优秀分销商医疗方案简析

基于WIFI技术的医疗监控系统

结合当今信息技术及无线传输技术的发展,通过WIFI技术将信息技术运用到个人医疗设备上,并整合互联网与...

发表于 2013-04-29 14:54 1490次阅读
基于WIFI技术的医疗监控系统

基于GS1011的无线远程医疗监控系统的研究

本文分析了无线远程医疗监控存在的必要性, 从总体结构、 硬件分布和软件实施详细介绍了以超低功率单片系...

发表于 2013-04-28 13:52 1377次阅读
基于GS1011的无线远程医疗监控系统的研究

基于3G通信网的移动机器人远程监控的设计与实现

本文所介绍的系统在实验中获得了较好的结果,视频图像的传输具有较好的稳定性,为了提高图像的连续性,可以...

发表于 2013-04-26 10:42 1163次阅读
基于3G通信网的移动机器人远程监控的设计与实现

移动医疗影像应用激增,远程诊断数据安全是关键

远程医疗影像在发达国家和发展中国家都具增长潜力,移动医疗(mHealth)应用随之迅速发展。如何确保...

发表于 2013-04-26 10:18 414次阅读
移动医疗影像应用激增,远程诊断数据安全是关键

你知道iPhone在移动医疗领域有哪些应用吗?

Steve Jobs走了,但发明的iPhone却引领着移动医疗新风潮。针对iPhone的新应用和外设...

发表于 2013-04-12 09:22 19172次阅读
你知道iPhone在移动医疗领域有哪些应用吗?

基于B/S模式的远程医疗实时会诊方案

本文通过详细地分析远程医疗会诊活动流程, 设计了一种基于B/S 模式的远程医疗实时会诊方案, 并利用...

发表于 2013-04-09 14:06 2808次阅读
基于B/S模式的远程医疗实时会诊方案

基于GPRS的远程医疗系统终端的设计与实现

本文介绍了基于GPRS的远程医疗系统中数据采集终端的设计方法。该系统主要由四部分组成:体温采集、心电...

发表于 2013-04-09 13:46 1381次阅读
基于GPRS的远程医疗系统终端的设计与实现

顺应医疗信息化发展,华为数字医院解决方案集锦

华为提供移动医疗,远程医疗,基层医疗信息化,慢病管理,综合医疗云等数字医院解决方案,有效的降低了医院...

发表于 2013-04-08 14:29 5123次阅读
顺应医疗信息化发展,华为数字医院解决方案集锦

美远程心脏监控市场2016年营收预计增长到8.6...

随着医疗保健提供商设法通过在昂贵的医院环境以外收集病人数据,美国远程心脏监控设备与服务市场2011-...

发表于 2013-04-07 09:25 468次阅读
美远程心脏监控市场2016年营收预计增长到8.6...

国内移动医疗前景几何?机遇挑战并存

国内移动医疗的概念于2012年起开始讨论,移动医疗App公司也开始行业摸索。那究竟国内的移动医疗市场...

发表于 2013-04-03 09:48 1520次阅读
国内移动医疗前景几何?机遇挑战并存

如何为远程医疗设备选择合适的实时操作系统?

对远程医疗设备的迫切需求正在推动市场增长。操作系统是所有电子医疗设备的关键区分要素,制造商往往在选择...

发表于 2013-04-02 11:40 1364次阅读
如何为远程医疗设备选择合适的实时操作系统?

分布式计算应用兴起,Lattice低功耗FPGA...

网通、工业控制、监控系统等应用正掀起分布式计算的风潮,为迎合市场趋势要求,降低耗电量、缩小体积及缩减...

发表于 2013-03-30 09:24 798次阅读
分布式计算应用兴起,Lattice低功耗FPGA...