3 系统软件设计
3.1 模数转换和数字滤波
由于前端采集的模拟信号,需要将模拟信号转换成数字信号,才能对心电信号进行数字滤波和传输。本系统采用MSP430F449单片机自带的高速12位逐次逼近型A/D转换器,采用单通道、单次转换和定时器触发的工作方式对心电信号进行模数转换,采样频率设置为250 Hz。
小波变换是20世纪80年代发展起来的一种良好的时频定位方法,是由短时傅里叶变换演变而来的,具有视频局部化的特性。它在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率,在高频部分具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率。小波变换的这些特性比较适合处理心电信号。
因此,本系统采用小波变换的快速算法Mallat算法,对心电信号进行分解,阈值去噪和重构,从而实现信号的滤波功能。在具体的Mallat算法进行滤波实验中,对各级滤波器运用了补零运算的方法,既避免了信息的冗余,又加快了运算的速度。由于分解尺度可调,在程序中,经过反复实验分析,最终确定分解尺度为3级,阈值去噪后进入信号重构模块和UAR2、口,进行信号传输。
3.2 GPRS通信模块软件设计
本系统采用的GPRS模块已嵌入TCP/IP协议栈,无需再编制程序实现TCP/IP协议,单片机就能通过AT/AT+i命令来控制GPRS模块,其中AT命令用来控制MC35i通讯模块(modem)、AT+i命令用来和协议栈进行通信。
由于是利用GPRS基于IP协议的数据传输方式,所以对GPRS模块主要使用AT+i命令进行控制。单片机MSP430F449通过RS 232接口向模块发送相应的AT+i命令对GPRS模块进行初始化、发送和接收数据等控制。
MSP430单片机将要发送的数据发送到GPRS模块串口缓冲中,GPRS模块将数据打成IP包,经GPRS空中接口接入无线GPRS网络,由移动服务商转接到Internet,最终通过各种网关和路由到达医院远程监控中心。监控中心的计算机需要有固定的IP,主要应用Winsock控件来实现数据接收,并通过UDP或TCP协议进行数据交换。
3.3 监控中心软件设计
本系统采用VC来编写监控中心的接收和显示软件,该软件用来接收和显示GPRS模块发送过来的心电信号。因此,需设计成一个可视化的监控界面,而且监控中心的计算机需要有固定的IP地址,才能方便接收患者发送过来的心电数据。VC中的Winsock控件有效屏蔽对Windows套接字的低层操作,可方便地建立起网络中任意两个具有惟一IP地址节点间的连接,并通过UDP或者TCP协议进行数据交换。
该监控中心软件由五部分组成:Socket初始化、数据接收、心电波形的显示、数据分类和存储以及GPRS模块远程遥控命令的发送。
4 结 语
本文介绍了运用MSP430单片机和MC35i通信模块实现的一种无线远程心电监测系统。该系统具有便携性、低功耗、高性能、实时传输等特点。其中,信号采集部分用小波变换方法对心电信号进行滤波,处理过的心电信号更有助于医生查看和诊断;GPRS模块是当前应用较普遍的无线通信模块,在数据传输和Internet网络连接上的性能更加优越,适合用于心电信号的远程传输和监测。该系统不仅可以实现心电信号的远程传输功能,还能将心电信号传输到本地的计算机上,实现本地显示功能。同时,随着检测技术和网络通信技术的不断发展,心电信号的远程监测技术也将不断改进和完善,为患者和医生都带来更大的帮助。