利用紅外光設計單道紅外心電遙測儀

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　　隨著計算機技術的飛速發(fā)展，計算機已逐步深入家庭，為研制具有分析、處理能力的家庭醫(yī)療監(jiān)護設備提供了基礎。為此，我們研制了一種單道紅外心電遙測儀，它以計算機作為分析、處理、顯示、存儲、通訊手段，用紅外光作為傳輸媒介，對被試者進行實時監(jiān)護。通過調制解調器，還能把遙測數(shù)據傳輸?shù)结t(yī)療中心，供醫(yī)療專家分析、診斷，是一種理想的遠程醫(yī)療前端及家庭醫(yī)療監(jiān)護設備。

　　1　系統(tǒng)設計及工作原理

　　本機以計算機作為接收、處理終端，完成數(shù)據的接收、處理、存儲、通訊等功能，對被試者進行實時監(jiān)護。

　　系統(tǒng)采用PCM-ASK調制方式。即第一次調制采用脈沖編碼調制，第二次調制采用幅度鍵控調制。PCM調制具有精度較高、抗干擾性較強的特點。ASK調制，既可以提高抗環(huán)境光、抗電磁干擾的能力，又可以通過選擇不同的副載波頻率，實現(xiàn)多套遙測系統(tǒng)在同一地區(qū)同時工作，而不會互相干擾。而且，由于紅外發(fā)射管工作于開關狀態(tài)，不僅能降低發(fā)射管的功耗，減小發(fā)射機的體積、重量，增加作用距離，得到較長的工作時間，同時，ASK調制方式調制線路簡單，實現(xiàn)容易，便于晶體穩(wěn)頻，提高系統(tǒng)的可靠性。接收端解調后，數(shù)據直接進入計算機的串口，使硬件結構大為簡化，且使用方便。

　　PCM調制器采用單片機實現(xiàn)，由它完成信號采樣、A/D轉換、數(shù)據串行輸出。經比較，我們采用了MICROCHIP公司生產的PIC16C71。它是一種低成本、低功耗、高性能、帶片內A/D轉換器及程序存儲器的8位單片機。其指令結構精煉，速度快，體積小，為18腳封裝，有4個模擬輸入通道，13個I/O口，4個中斷源，在5V電源、主頻為4MHz的情況下，工作電流小于2mA。

　　接收端選用集成化紅外接收模塊TEMS5380作為紅外接收部分。它集紅外接收、轉換、濾波、放大、整形、解調于一體，具有體積小、靈敏度高、功耗低、工作可靠、調試方便的特點[2]。它的中心頻率為38kHz，可傳輸數(shù)據的速率達3000波特，系統(tǒng)組成方框圖如圖1所示。

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　　圖1　系統(tǒng)組成方框圖

　　系統(tǒng)的工作過程如下：心電放大器及電平調整電路將心電信號進行放大并調整到A/D轉換器所需的電平。單片機以200Hz的采樣率對心電信號進行采樣、A/D轉換，并按串行通信的格式將A/D轉換的結果附加起始位和停止位進行移位輸出。其中，1位起始位，8位數(shù)據位，1位停止位。碼速率為 2400bit/s。為了便于識別起始位，傳輸上述10位碼后，緊接著傳送停止位，直至進行下次A/D轉換。串行輸出數(shù)據控制門控電路工作。振蕩分頻器產生副載波頻率，當串行數(shù)據碼為高電平時，門控電路打開，副載波信號通過門控電路，驅動紅外發(fā)光管發(fā)光。驅動電路為VMOS管，它的開關特性好，輸出電流大，電路簡單。

　　紅外接收模塊接收到信號后，經轉換、濾波、放大、解調、整形，輸出串行數(shù)據流。為了增大系統(tǒng)遙測范圍，在發(fā)射端串聯(lián)了6個紅外發(fā)射管，而在接收端并聯(lián)了4個紅外接收模塊，其方位彼此錯開。紅外接收模塊輸出由或門相加，然后經電平轉換，變成串行通訊所要求的電平，由計算機串口輸入計算機，進行分析處理。

　　計算機工作于兩個模式：實時監(jiān)護模式和數(shù)據回放模式，在此之前可以輸入被試者資料。在實時監(jiān)護模式下，顯示器實時顯示心電波形及心率。當檢測到異常心電圖時，計算機發(fā)出聲音報警。在任意時刻按存儲鍵可以將按鍵前50秒的數(shù)據存儲至硬盤中，在一次監(jiān)護過程中至多能存儲21分鐘的數(shù)據。若按下凍結鍵，心電波形被凍結在屏幕上，可以把心電波形打印出來，此后可以按繼續(xù)鍵繼續(xù)監(jiān)護或按退出鍵退出監(jiān)護模式。退出監(jiān)護模式時，可以把分析結果顯示出來。

　　在回放模式中，輸入文件名，可以自由選擇存儲在硬盤中的任意一段心電數(shù)據進行波形回放，或將數(shù)據通過網絡輸至救護中心，供專家進一步分析診斷。