便攜式微電腦多參數(shù)生理監(jiān)護(hù)儀的研制
摘要：介紹一種便攜式微電腦多參數(shù)重理監(jiān)護(hù)儀的工作原理、系統(tǒng)構(gòu)成及軟、硬件設(shè)計。該系統(tǒng)由二個Intel-196單片機(jī)構(gòu)成雙CPU系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示，對病人進(jìn)行實時監(jiān)控，并可采用串行通信的方式將數(shù)據(jù)送給PC機(jī)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析處理。前言
多參數(shù)重量監(jiān)護(hù)儀能為醫(yī)學(xué)臨床診斷提供重要的病人信息，可實時檢測人體的心電信號、心率、血氧飽和度、血壓、呼吸頻率和體溫等重要參數(shù)，實現(xiàn)對各參數(shù)的監(jiān)督報警。信息存儲和傳輸，是一種監(jiān)護(hù)病人的重要設(shè)備，但目前國內(nèi)的監(jiān)護(hù)儀一般功能單一，多為CRT顯示，體積較大，移動不方便，存在著不足。
該便攜式微電腦參數(shù)生理監(jiān)護(hù)儀，檢測參數(shù)多，設(shè)計緊湊，體積小巧，攜帶方便，既可用于病房，也可用于室外，可以定時、連續(xù)、長時間地檢測病人的重要生命特征參數(shù)，它在保障病人的生命安全方面具有重要的臨床使用價值。
工作原理
1.系統(tǒng)工作原理
便攜式微電腦多參數(shù)生理監(jiān)護(hù)儀的主機(jī)由兩個16位微控制器80C196組成。
系統(tǒng)通過信號檢測與預(yù)處理模塊將生物醫(yī)學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電信號，并進(jìn)行干擾抑制、信號濾波和放大等預(yù)處理。然后，通過數(shù)據(jù)提取與處理模塊進(jìn)行采樣、量化，并對各參數(shù)進(jìn)行計算分析，結(jié)果與設(shè)定值比較，進(jìn)行監(jiān)督報警，將結(jié)果數(shù)據(jù)實時存儲到RAM，并可實時傳送至PC機(jī)上，在PC機(jī)上可實時顯示各參數(shù)值。
2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。該監(jiān)護(hù)儀由兩個單片機(jī)組成雙CPU系統(tǒng)。
單片機(jī)1完成對體溫、心電波形、脈搏脈形的信號檢測、處理、數(shù)據(jù)存儲，并通過LCD顯示屏對各波形、參數(shù)進(jìn)行定時顯示、報警。
單片機(jī)2承擔(dān)其中耗時較長的血壓測量及血氧飽和度的檢測，使之不影響整個系統(tǒng)的正常工作，同時還承擔(dān)對心率、呼吸頻率的測定。
兩個單片機(jī)間的信息交換通過1個8位的并行口進(jìn)行，由2根I/O口實現(xiàn)通信控制。具體是用P1口，配合兩個高速輸入、輸出I/O口（HIS.0、HSO.0），用作兩個單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送。這種雙機(jī)間的連續(xù)方式屬于松耦合的多處理機(jī)系統(tǒng)（參考文獻(xiàn)8），在硬件實現(xiàn)上較為簡單，只需在軟件編程時，為其通信方式設(shè)計必要的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)傳輸方式等。
3.系統(tǒng)硬件設(shè)計
（1）系統(tǒng)采用EEPROM 28C64作為程序存儲器；采用一片非易失性靜態(tài)存儲器（NASRAM）作為數(shù)據(jù)存儲器。NASRAM具有靜態(tài)存儲器的優(yōu)點，同時具有非易失性的特點。非易失性的特點是指存儲芯片在掉電的情況下，能夠正確無誤地保存所有數(shù)據(jù)，保存時間長達(dá)10年。采用芯片的非易失性的特點可以不用為此芯片提供掉電備用電源，即可實現(xiàn)掉電數(shù)據(jù)保護(hù)。
（2）液晶顯示模塊
為了對心電波形、脈搏波形及其它生理參數(shù)進(jìn)行顯示，而且對波形顯示具有足夠的分辨率，為此系統(tǒng)采用圖形液晶顯示屏。為了減少儀器的體積，實現(xiàn)系統(tǒng)低成本，功耗小的要求，選用了特別適用于便攜式監(jiān)護(hù)儀的單色LCD顯示屏。
該顯示屏為日立LMG70520XNGR液晶顯示屏，點陣數(shù)為640×200，點尺寸為0.22×0.30，其驅(qū)動電源為 5V和-20～-21V,耗電僅8mW，能滿足本系統(tǒng)的要求。
為控制該顯示屏的顯示，我們選取了適用于該顯示屏的顯示控制器SED1330。該芯片是用于計算機(jī)的指令與數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生相應(yīng)的時序及數(shù)據(jù)控制液晶顯示屏的顯示。該控制器自帶RAM，自行管理顯示緩沖區(qū)，與CPU之間通過8位數(shù)據(jù)并行傳輸，與顯示屏之間是4位數(shù)據(jù)并行傳輸。
（3）鍵盤輸入模塊
系統(tǒng)設(shè)計的功能鍵采用中斷方式輸入。當(dāng)有任一功能鍵按下時，產(chǎn)生鍵盤中斷，CPU執(zhí)行中斷程序，讀取鍵碼，執(zhí)行相應(yīng)操作；沒有鍵按下時，不占用CPU的運(yùn)行時間，提高了CPU的運(yùn)行效率。
鍵盤采用兩片74LS373構(gòu)成矩陣軟件編碼鍵盤，鍵盤部分直接掛在單片機(jī)1的總線上。不占用單片機(jī)I/O口線，也不必為此擴(kuò)展系統(tǒng)I/O口，可減少系統(tǒng)消耗功率。
通過為鍵盤分配相應(yīng)的I/O地址，可采用讀寫該地址的方式獲得鍵碼。硬件實現(xiàn)簡單，軟件編程方便。
（4）電源系統(tǒng)
基于低功耗和便于攜帶使用的考慮，系統(tǒng)采用電池供電及外接AC-DC變換器件供電的方式。設(shè)計采用三節(jié)1.5V電池供電。該電壓通過穩(wěn)壓器件提供 5V的電壓給系統(tǒng)工作。同時采用DC-DC電壓變換器 5V的電壓變換至-18～-24V電壓，以提供給LCD顯示屏工作。
選擇電池作為電源是基于如下考慮：具有高輸出能力、小型結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)尺寸和低價格。
（5）外圍器件控制
系統(tǒng)各外圍器件的片選信號由74LS373鎖存的地址信號，經(jīng)芯片GAL16V8C譯碼產(chǎn)生。GAL芯片是可編程邏輯陣列，通過對其引腳的編程，將其作為譯碼器，依據(jù)P4口高字節(jié)8位地址進(jìn)行片選，其編程方便，使用靈活。系統(tǒng)除用作譯碼器外，在單片機(jī)2中，還用作控制氣泵和氣閥的開關(guān)。
通過簇已分配給氣泵或氣閥I/O口地址，寫上“0”或“1”，則輸出引腳OUT1、OUT2為低或高電平。該電平將保持，直到再次往同一地址寫“1”或“0”，如此，可定時控制氣泵或氣閥開關(guān)。
4.系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件的主要特點是，以實時數(shù)據(jù)為核心，以功能獨立化、結(jié)構(gòu)模塊化為軟件設(shè)計模式。系統(tǒng)開發(fā)采用了結(jié)構(gòu)化的，從上到下的模塊劃分及從底到上的硬件功能封裝的軟件開發(fā)設(shè)計方法。本系統(tǒng)采用C96語言進(jìn)行軟件系統(tǒng)開發(fā)。
（1）數(shù)據(jù)采集程序
數(shù)據(jù)采集到整個系統(tǒng)最重要的問題。如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，保證數(shù)據(jù)采集的實時性，并且能高效率地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，盡可能少的時間占用少的系統(tǒng)資源，對于多參數(shù)同時監(jiān)護(hù)的情況下，是確保系統(tǒng)處理的實時性的重要因素。
在軟件設(shè)計中，我們利用硬件定時器及軟件定時器，進(jìn)行定時中斷，進(jìn)行多通道、多采樣點的數(shù)據(jù)采集流程設(shè)計。由于人體生理信號的變化較緩慢，采用此種方法已經(jīng)可以確保高精度、實時性的數(shù)據(jù)采集。
（2）液晶顯示控制
系統(tǒng)顯示功能的實現(xiàn)，實際上是對顯示控制器SED1330的編程控制。SED1330控制器具有系統(tǒng)控制、顯示操作、繪制操
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