多参数监护仪和心电监护仪的区别，arm9的无线多床位心电监护仪的设计手册

随着社会生活的加速和人口老龄化，心血管疾病已成为威胁人类生命的最重要疾病之一。此类疾病通常突然发生、持续时间短且危险。如果不及时发现，治疗将会很困难。造成非常严重的后果。心电图是一种测试。心电图监护仪是心肌梗塞、心律失常等疾病诊断和预防的主要手段和依据，贯穿于治疗和康复的全过程。传统基于PC平台的心电监护仪价格昂贵、体积庞大、移动不便，主要集中在大型医院，给医生和患者带来极大的不便。因此，为了降低成本和体积，本文设计了一种基于ARM9微处理器的新型便携式多床遥测心电监护仪。本监护仪采用以ARM920T为控制器核心的三星16/32位高速处理器S3C2410A芯片作为系统控制核心，并采用nRF401无线收发芯片发送和接收心电数据，具有功耗低、体积小、具有可靠、操作方便等优点。

2 系统配置

这款遥测心电图监护仪可以同时监测1 至12 个床位。图1显示了系统配置框图。其中，与PC相连的S3C2410A作为中央保护终端。其功能是发送PC机发出的命令，与监控每张病床的监控终端进行通信，将各护理终端采集的数据汇总到中央监控终端，并通过USB端口发送到PC机。监护病床的便携式心电图监护终端具有作为终端节点采集心电图信号、对采集到的数据进行必要的处理、响应中央监护终端的命令的功能。

图1 系统配置框图

3 系统硬件设计

系统的硬件设计包括两部分：中心监护终端的硬件设计和监护床位的各心电监护终端的硬件设计。中央监控终端的硬件设计包括S3C2410A与PC机的连接、nRF401与S3C2410A的连接。 S3C2410A配备了USB设备控制器，因此可以通过USB端口连接到PC并获得5V T的工作电压。无线收发芯片nRF401直接连接到S3C2410A的串口1。图2为用于床位监护的心电监护终端硬件电路，包括ARM微处理器S3C2410A、心电放大采集电路、外扩NAND闪存、电源、液晶显示器、键盘和nRF401专线数传模块，这是一个结构框图图表。 ETC

3.1 心电采集电路

心电采集电路包括放大器、低通滤波器、50Hz陷波器等。该电路中的放大器由两级放大电路组成：差分放大电路和放大级电路。导联系统采用通用2电极系统，右上胸部电极和左下腹部电极作为心电图采样电极。右下腹部的电极是右腿上的驱动电极。由于采集的心电信号是芯片信号，所以第一级放大电路采用3运放芯片放大电路，增益约为22。经过第二级放大电路后，总增益几乎相似。最多1000 个。由于心电信号为低频信号，采用截止频率为100Hz的一阶滤波电路设计低通滤波器，去除高频信号。还设计了次级压控电压源带阻滤波器或50Hz陷波滤波器来抑制50Hz工频干扰。

图2 一张床位监控硬件电路框图

3.2 ARM微处理器模块

S3C2410A是Two Star公司推出的基于ARM920T处理器架构的嵌入式CPUS3C2410，提供8通道10位模数转换器。该转换器使用2.5MHz MD 转换时钟将模拟输入信号转换为模拟信号。 10 位二进制数字编码，最大转换速度为500ksps。根据美国心脏协会的AHA标准[3]和奈奎斯特采样方法，如果信号的采样频率至少是信号最高频率的两倍，则可以从采样信号中不失真地恢复原始信号。心电图的频率范围为0.05-100Hz，中心频率约为17Hz，因此采样频率为200Hz，即采样周期为5ms，可以满足要求。采集到的信号通过通道1发送至S3C2410A微处理器。经过分析处理后，心电波形和分析结果将显示在液晶屏上。

3.3 无线收发模块

无线收发模块采用Nordic公司开发的单片UHF无线收发芯片nRF401，工作在433MHz ISM（工业、科学、医疗）范围。该频段不需要许可证。它还采用了抗干扰能力强的FSK调制解调技术，以及频率稳定性极佳的PLL频率合成技术，数据传输速度达到20kbDs，传输距离达到1000m，通信我足以应对。本设计的距离要求。与其他射频单片芯片不同，nRF401通过微控制器的串口直接与MCU通信，无需对数据进行曼彻斯特编码。这就要求nRF401的外围元件非常少，只包括一个参考晶振和少量的无源元件。 -成本低、一致性好等特性。在本设计中，nRF401直接连接到S3C2410A的串口1。

3.4 存储、显示和键盘模块

对于大容量数据存储，S3C2410A附带的Nand Flash控制器可用于扩展16Mx8位Nand Flash存储器，以存储12小时的心电图数据。我们采用S3C2410A自带的LCD控制器设计了LCD显示界面，并选用了240x128的LCD显示屏，以便用户可以用常识直观地感受和观察采集到的心电信号。信号和一些基本参数。该系统设计有4x4键盘模块，用户可以通过键盘切换一些基本功能。

4 系统软件设计

本系统的软件设计基于Windows CE操作系统。 Windows CE是一个压缩的、高效的、可扩展的操作系统，专为各种嵌入式系统和产品而设计，具有多线性、多服务和全优先级的操作系统环境。 Window CE操作系统本身没有独立的开发环境，因此应用程序的开发和仿真必须在PC（主机）上完成。它还针对ARM嵌入式设备（目标机）进行交叉编译，以匹配目标机的CPU架构，确保操作系统和应用软件能够在目标机上成功运行。并将其移植到每台目标机器上。 Windows CE操作系统构建完成后，就开始实现上层应用程序。

4.1 中心监控终端程序设计

Windows CE 是一个多任务、多线程操作系统[6]。从图中可以看出，中央监控端并不直接在主线程上进行通信，其功能不仅包括单一的网络通信，还包括数据分析和处理。相反，我们在主线程内创建另一个子线程来等待PC的命令，接收到命令后，创建另一个通信子线程与相应的终端节点进行通信。等待子线程继续等待来自PC的命令。通信子线程接收数据，验证数据，并通过USB端口发送到PC。

必须协调不同线程之间的同步问题，因为多个通信子线程同时访问共享资源nRF401，可能导致线程争用。互斥对象（mutexes）是Windows CE操作系统提供的线程同步方法之一。它主要用于协调多个线程对共享资源的访问。作为一般规则，只有拥有互斥对象的线程才能访问共享资源。允许。因为只有一个互斥对象，所以假设在任何情况下这一共享资源都不会被多个线程同时访问。首先，使用API提供的函数CreateMutex创建一个互斥对象，并初始化为FALSE状态，表示该互斥对象没有被线程占用。通信子线程通过waitForSingleobiect请求占有互斥对象。如果此时互斥对象已被占用，则该线程必须等到前一个线程释放它才能成功占用它。如果互斥对象未被占用，则线程必须等待，直到前一个线程释放它。现在可以实现对共享资源nRF401的访问。例如，负责与n号床位监护端通信的子线程访问nRF401后，发送1字节的同步信号“n”。返回“n”作为对命令的响应，通信子线程接收响应，如果验证正确，双方开始发送数据，监控端将包含数据及其校验和的数据包作为数据发送给中央监控终端.当子线程完成接收后，终止通信，并使用ReleaseMutex释放互斥对象的所有权，完成对共享资源nRF401的访问。这允许其他线程访问nRF401。然后验证接收到的数据，并再次发出占用互斥对象的请求。这样每个通信子线程都有平等的机会访问nRF401，并且子线程之间相互独立，避免了连接时程序死锁，提高了系统整体响应速度。

4.2 监控终端程序设计

监护床位的各监护终端的编程也采用多线程结构，主线程进行心电信号的A/D转换、必要的处理、存储和显示。再创建一个子线程，将nRF401置于接收状态，等待接收中央监控端的命令，收到命令并确认合法后，将nRF401置于发送状态，发送响应，但如果终端接收到密集监控并确认错误信息，它将重新发送数据包。

4.3 QRS波检测

在心电图分析中，进行参数测量和波形分析、计算R-R间期和心率的第一步是检测QRS波。在本文中，我们采用四点平均滤波方法首先对心电信号进行滤波，去除工频干扰、基线漂移、肌电噪声、运动伪影等造成的干扰。其解析公式为：

对心电信号中心频率（17Hz）影响较小，可抑制高频噪声和50Hz工频干扰。然后，对滤波后的心电信号的第一差值和第二差值进行平滑，利用第二差值的最小值和心电信号的第一差值的零交叉点来确定心电的精确定位信号. 实现. QRS 波在短时间内出现。即对四点滤波后的心电信号y(n)进行一阶差分和二阶差分，通过以下方式确定R波对应的二阶差分的最小值位置.作为不应期识别和幅度识别。然后，根据x(n)、y(n)之间的二次差和时延关系，得到滤波后信号与原始心电信号中R波的位置。在心电信号的第一差分信号中，R波与对应的Q波和S波之间的位置关系如下。如果一阶导数信号的R波是QRS波群对应的向下零交叉点（值为负），那么Q波就是R波位置之前的第一个向上零交叉点（值为正）， S 波必须是R 波之后第一个向上的零交叉点。位置（值为正）。这样，根据已知的R波位置即可检测出第一差值中Q和S的位置，并根据时延关系确定R-R周期、心率等。由于芯片增加了高频噪声，因此上述计算是在平滑一阶差和二阶差后进行的。该算法可以抑制各种噪声对心电信号的影响，经过临床试验，可以有效抑制静息和慢走状态下各种噪声对心电信号的影响。检测动态心电图的算法准确率非常高，即使你在做体操或慢跑时，准确率仍然在99.8%以上。

5 实验结果

该监测仪用于收集12 名志愿者的心电图数据。实验表明，该监护仪可同时监测12名患者和单独监测1名患者，具有良好的实时性。心电波形显示清晰，心电数据分析准确，出现心律失常时自动报警，并保存和回放心电波形。它可以让佩戴者更准确地监测100米半径内的活动，由两节AA电池供电，可以提供20小时的连续监测。

六，结论

本文设计了一种基于ARM9微处理器的新型便携式多床无线遥测心电监护仪，该监护仪硬件集成度先进，体积小，功耗低，可以方便患者携带，不会对患者造成任何影响。更好的监控。本文的创新点在于采用Windows CE嵌入式操作系统作为软件平台。其优点是易于定制、可扩展、稳定。多线程编程允许您同时监控多个床位。每个线程相对独立，避免了波形显示停滞和连接死锁，提高了系统整体响应速度，使系统更加实时。在Windows CE环境下，还可以通过中间驱动扩展S3C2410A的串口通信，实现更多床位的实时集中监控。