Liu Haihua, Lu Yao Road, Commission Sau
(Wenzhou Medical College de l'information et de l'ingénierie, Wenzhou, Zhejiang 325035, Chine)
Afin de réduire la taille des équipements, améliorer la flexibilité du système, le système de surveillance proposé en utilisant microcontrôleur impulsions STC12 sans fil, capteurs photo-électriques et nRF24L01 donné un mode de réalisation spécifique de la conception matérielle et logicielle du système, l'analyse et le système d'affichage les résultats d'exploitation. Le système peut surveiller en temps réel le signal d'impulsion est comprise dans la plage de 10 m, peut être affiché dans l'interface, le stockage et l'analyse des données, nous avons trouvé alarme lorsque le paramètre physiologique anormal pour le suivi des patients, a une valeur pratique.
études de médecine chinoise et occidentale ont montré que l'onde de pouls est riche en informations physiologiques et pathologiques, jouent un rôle important dans tous les aspects de la prévention des maladies, le diagnostic, le traitement, la réadaptation et autres services de santé [1]. Système de surveillance signal d'impulsion de courant, notamment du type capteur photo-électrique, une cavité de couplage liquide, contrainte piézorésistive et analogues [23]. Dans lequel le couplage de liquide du processus de fabrication plus compliqué capteur et la différence d'interférence, la différence entre les temps réel et de l'erreur de capteur piézorésistif est grande, et il y a un grand capteur d'impulsions de tension non linéaire. En revanche, le capteur photoélectrique a une production facile, haute précision, à faible coût et une bonne linéarité, etc., qui peut être largement appliquée. De plus, l'utilisation extensive de fil augmente la taille et de la complexité du système tout en réduisant la portabilité et l'extensibilité du système, devenant ainsi la technologie de transmission sans fil plus commune [4].
D'après l'analyse ci-dessus, la présente conception utilise le capteur d'impulsion photoélectrique microcontrôleur STC12C5A60S2 nRF24L01 et le module d'émetteur-récepteur sans fil complète un système de surveillance de signal d'impulsion de radio. Le premier système est la machine inférieure par le circuit de l'utilisateur à extraire un signal d'impulsion, la suppression du bruit et un traitement d'amplification, et ensuite transmis au circuit de transmission sans fil est connecté à l'ordinateur récepteur, le logiciel du PC puis affiche les données de forme d'onde reçue à partir du port série en temps réel, et des paramètres (par exemple, la fréquence cardiaque, l'intervalle d'impulsion, etc.) analyse, des paramètres d'alarme anormales et de stockage de données. Ce système non seulement l'utilisateur peut être l'impulsion des diagnostics en temps réel et l'analyse, peut également être utilisé pour les données et les statistiques de suivi à long terme de suivi, aide à surveiller efficacement l'état physiologique de l'utilisateur, il a une certaine valeur pratique.
La structure générale du système est constitué de six parties: le module de puissance, le module d'acquisition, l'unité de commande à microprocesseur, un module sans fil, un module de communication série, le module d'ordinateur hôte. La structure générale du schéma de principe du système représenté sur la figure 1.
Le détecteur de pouls photoélectrique système frontal, le signal d'impulsion du corps humain en un signal de tension. le signal d'impulsion est faible parce que le corps (millivolt), comprenant une interférence de fréquence de plage spectrale, préamplification par conséquent nécessaire, le filtrage passe-bas, deux processus d'amplification [5]. signal initial obtenu à partir du capteur après l'amplification et le traitement approprié par le convertisseur AD commandés par microprocesseur convertit un signal analogique en un signal numérique, puis envoyer et recevoir des signaux sans fil via le module sans fil mis en oeuvre. module de réception de données reçoit le circuit de communication série au port série de l'ordinateur, et la lecture finale du port série est analysé par le logiciel PC. logiciel PC affichage à temps réel signal de forme d'onde d'impulsion reçue, le traitement des données, l'analyse et la surveillance, les données peuvent être stockées à des fins statistiques et visite ultérieure. Pour assurer le fonctionnement normal du système dans différentes puces, le module de conception comprend en outre une sortie d'alimentation bi-tension.
2 conception matérielle du système
2.1 L'unité de commande MCU
SCM est le cur du système, principalement chargé de lancer la conversion AD, pour configurer la transmission sans fil et la réception, le travail de la machine hôte et la communication. Le système utilise microcontrôleur STC12C5A60S2, qui est compatible avec le code d'instruction classique 8051, la tension de fonctionnement de 3,3 ~ 5,5 V, la plage de fréquence de fonctionnement de 0 à 40 MHz, entre 8 convertisseur analogique-numérique 10 bits, la vitesse de traitement de l'80.518 conventionnel à 12 fois. Système cristallin est le microcontrôleur système de minimum 211,059 MHz, 5 alimentation V, la collecte et la fréquence de conversion de 100 Hz, par la commande de synchronisation, à savoir, conversion AD commence toutes les 10 ms.
2.2 Module d'acquisition
Le module de base est un dispositif d'acquisition du capteur, son rendement influe directement sur la précision et la stabilité de l'ensemble du système. En conséquence, la présente conception utilise une excellente performance globale capteur de pouls photoélectrique à remplir, il peut être divisé en deux grandes sources de lumière et un récepteur de lumière. La partie de source de lumière est utilisée pour la longueur d'onde 515 nm de crête de la LED verte, modèle AM2520; récepteur sensible à la lumière de crête est de 565 nm, le modèle APDS9008. Selon la littérature, et les résultats expérimentaux montrent que, 560 ~ 650 nm ondes lumineuses peuvent mieux refléter la artérioles de la peau superficielle des informations appropriées pour la collecte et l'analyse du signal d'impulsion humaine [6]. En conséquence, la présente conception utilise le capteur peut efficacement l'information de collecte de l'impulsion, et une sensibilité élevée. En outre, la gamme de fréquence du signal d'impulsion de 0,05 ~ 200 Hz, l'amplitude du signal est faible signal millivolt est susceptible de diverses interférences. Ainsi, après que le capteur est raccordé un filtre passe-bas et un amplificateur MCP6001 ampli op base, le signal d'impulsion primaire est amplifié environ 300 fois. Dans le même temps, en utilisant la tension de polarisation en courant continu résistances de division de tension fournies moitié de la tension d'alimentation, le signal de sortie est plus facilement acquis P1.7 entrée du port du microcontrôleur AD par le microcontrôleur. schéma de circuit correspondant du capteur représenté sur la figure.
Le module de communication sans fil 2.3
transmission de données sans fil, permet de réduire la complexité du dispositif, la flexibilité du système. Ce système est mis en oeuvre en tant que module de base impulsion de nRF24L01 acquisition de données à distance et la transmission sans fil entre le module récepteur, un travail similaire peut être trouvé dans la référence [7], [8]. Microcontrôleur impulsion après la conversion AD du signal numérique, convertit le résultat au module de transmission radio nRF24L01. Les paramètres de fonctionnement du module sans fil (y compris un canal, puissance d'émission, la fréquence de transmission et d'autres paramètres) est configuré par un microcontrôleur. paramètres de fonctionnement du module de nRF24L01 de circuit est également configuré par le microcontrôleur, et est nécessaire pour correspondre à l'extrémité d'émission. transmission nRF24L01 et le module de réception et un microcontrôleur connecté comme représenté sur la figure 3.
broche C'est relié en interne au P1.2, CSN broche connecteur broche P1.3, la broche SCK est reliée à la broche P1.1, la broche MOSI est reliée à la broche P1.4, MISO broche P1. 0 connexion de broche, la broche IRQ est connecté à P1.6 broches.
2.4 Module de communication série
Module de communication série est principalement responsable des données reçues à l'ordinateur hôte, les utilisations de conception actuelles MAX232EPE accompli. Étant donné que seul un nombre maximum de série binaire à 8 bits, et un convertisseur analogique-numérique intégré à puce unique pour produire un nombre binaire de 10 bits, de manière à être décomposée en données de 10 bits supérieurs 2 bits et 8 bits inférieurs. communication série classique est prévue, à savoir, la vitesse de transmission 9600 b / s, le contrôle N bits, 8 bits de données, 1 bit d'arrêt.
2.5 Module d'alimentation
Étant donné que les exigences de puissance du micro-contrôleur de système utilisé est de 5 V, et les exigences de puissance du module émetteur-récepteur sans fil est de 3,3 V, ce qui nécessite le module d'alimentation peut sortir deux sortes de tensions. Dans lequel le circuit est de + 5 V tension de sortie est de 9 V, la puissance de sortie en courant alternatif de 9 transformateur W, pont redresseur 7805 et les copeaux générés; 3,3 V est l'alimentation de 5 V par l'intermédiaire des puces de régulateur de tension et LM1117 de filtre générés.
3 conception du logiciel système
Afin d'assurer le fonctionnement normal et stable, la nécessité pour les bons conducteurs de matériel informatique plus bas et interface logicielle PC. Inférieur logiciels du système est l'utilisation de la conception et le développement de Keil à base C C environnement de développement intégré, le logiciel principal du PC en utilisant l'interface de programmation de langage de programmation VB.
3.1 faible conception de logiciels
Lower logiciels comprend les sous-programmes suivants: programme de commande de conversion AD, un programme de temporisation, la transmission de nRF24L01 de sous-programme, la transmission série et sous-programme de réception nRF24L01 des procédures. signal analogique d'entrée P1.7 du microcontrôleur 10 à travers la précision de conversion AD. Commandé par le temps du programme de conversion AD, le temporisateur de programme atteint une valeur de seuil définie pour lancer la conversion AD, et transmet les données converties à l'issue de la MA borne de validation est désactivée, la fréquence de départ de conversion AD est réglée sur 100 Hz. NRF24L01 deux modules sont commandés par deux microcontrôleurs, en envoyant en permanence et recevoir des données, le microcontrôleur continue de recevoir des données reçues via l'interface série à l'ordinateur hôte méthode de requête de données. À la suite de conversion AD est le nombre binaire de 10 bits, donc la première 10-bit nombre binaire divisé en deux 8-bit nombre binaire (supérieur 2 bits et 8 bits inférieurs avant la transmission en série, sont stockés dans deux ADC_RES et ADC_RESL enregistrer) peut être envoyé par l'intermédiaire du port série.
La tâche principale de la sous-routine concernée est nRF24L01: première sélection de puce, à savoir la broche P1.2 sélectionné et bas ensemble, l'état de la puce, le pouvoir et d'autres paramètres sont configurés, comme représenté spécifiquement dans le tableau 1.
organigramme du logiciel du système illustré à la figure 4.
conception logicielle 3.2 PC
logiciel PC en utilisant le langage de programmation Visual Basic. L'interface principale comprend une zone d'affichage de données, des touches de raccourci, l'affichage des paramètres physiologiques, la sélection de série de l'alarme et d'autres parties. Pour pouvoir lire les données d'affichage à partir du port série, en utilisant iplot commande (C Integration Language) comme un outil de dessin. Les coordonnées horizontales et verticales de l'intensité d'un signal de sortie peut être réglée automatiquement, l'opération proprement dite, première de deux données reçues obtenus par addition d'un ensemble de données complet, et en comparant la valeur obtenue à des moments différents des pics obtenue, alors le temps d'enregistrement la méthode d'application de celle-ci est déterminé que le prochain pic et un temps, une série de ces données sont représentées graphiquement [9] à partir de la commande de iplot.
touches de fonction raccourcis incluent l'agrandissement zone graphique, les fonctions de stockage et de réduction des données, des fonctions supplémentaires sont en développement, telles que l'impression, mise à l'échelle automatique, des commentaires, etc. Affichage des paramètres physiologiques considérer temporairement que la fréquence des impulsions, l'algorithme est le suivant: l'accès S 10 à des données sur la longueur de la valeur de crête détectée dans chaque cycle du procédé décrit ci-dessus, les cinq ISI en temps quasi-réel en moyenne fréquence du pouls obtenue [10 ]. fonction de sélection Port est de répondre à la gestion d'une pluralité de logiciels de PC la machine inférieure circuit conçu. Bien que le logiciel ne peut afficher que le canal de données d'un changement de circonstances, mais réservé la fonction d'affichage multi-canal. Fonction d'alarme par le contrôle de l'étiquette à l'affichage, lorsque le logiciel PC pour les données d'affichage au fil du temps, le traitement et l'analyse, si le paramètre physiologique trouvé d'alarme de gamme est lancée [11].
4 résultats de l'opération du système
PC exécutant le système d'interface logicielle représentée sur la figure 5.
L'affichage des paramètres comprenant: une forme d'onde de pouls en temps réel [12], le rythme cardiaque calculé, les paramètres d'alarme anormales. Le logiciel dispose également de capacités de stockage de données, afin de visiter les données et l'analyse statistique des paramètres d'impulsion de l'utilisateur pour le suivi à long terme. Avec un instrument de mesure standard (affichage de l'acquisition de l'oscilloscope représenté sur la Fig. 6) de comparaison, selon le système d'acquisition de signal d'impulsion affiche les résultats fermer celle-ci, ainsi vérifier simultanément un signal d'acquisition de la machine inférieure, le module d'émetteur-récepteur sans fil fonctionne normalement. Dans lequel, pour les résultats des tests des performances indiquent que le module sans fil, il n'y a pas d'obstacle dans l'environnement de 15 m2, et lisser la transmission de données sans distorsion, calculé selon un taux de 100 par seconde collecte de données, les vitesses de transfert de données allant jusqu'à 125 B / s.
5. Conclusion
Cette conception microcontrôleur STC12C5A60S2, nRF24L01 capteur de pouls photoélectrique et le module d'émetteur-récepteur sans fil comme le noyau, un système de contrôle complet de l'impulsion de signal sans fil. Après le test, le système peut signal d'impulsion personne mesurée affichée en temps réel dans le logiciel PC, l'oscilloscope affiche les résultats avec standard, et le système est stable dans environ 15 m2. En plus de l'affichage en temps réel du signal d'impulsion, le système supporte également l'analyse de données simple (fréquence et intensité de l'impulsion, etc.), et peut atteindre la fonction de surveillance d'alarme de seuil réglable. Le système fournit un cas pratique pour la recherche et le développement de l'impulsion humaine et d'autres systèmes de surveillance de signal physiologique, a une valeur pratique et de la valeur de référence. L'étape suivante peut également améliorer encore les caractéristiques matérielles et logicielles du système.
références
[1] Qiaoai Ke, la théorie de l'onde de pouls de l'artère Wu Shigui [J] Journal of Biomedical Engineering, 2000, 17 (1): 95100.
[2] avait Xiaoqing, Li Xuguang, juste porter politique, etc. Développement d'un capteur d'onde d'impulsion photoélectrique du signal haut à bruit [J] avec Chinese Journal of Modern Medicine, 2003, 13 (15): 7678.
[3] Liu Changchun, Li océan, Li et autres, des moyens radiaux de détection d'onde de pouls de l'artère [P] Chine: .. CN101703394B, 20110427.
. [4] Tan Li, la valeur prédictive du dispositif portable Zhongmin pour les mesures anthropométriques simples de risque cardiovasculaire [J] coeur Journal, 2013, 25 (6): 753.
[5] Wang Xiaolan, dans un simple appareil de contrôle Tchang d'impulsion humaine [P] Chine: .. CN 104138251A, 20141112.
[6] Daijun Wei, le développement du bruit et Wangbo Liang capteur d'impulsion photoélectrique [J] technologie électronique moderne, 2006, 29 (2):. 7880.
[7] Zhu Dehong, Zhang anneau à travers le système de surveillance de puissance de la cellule avec une fonction de mise à jour à distance [J] dispositif électronique 2014 (4): 733736.
[8] Jiang Chao, or Towe, Shi Jiao, autre système d'acquisition sans fil onde de pouls précision de haute [J] Electronic Technology Mesure, 2012, 36 (7): 112124.
[9] sous Zhang, Qinkai Yu, environnement VC Zhiqiang affichage de forme d'onde multiples pour le contrôle ActiveX [J] Chine Mesure, 2009, 35 (2): 3336.
[10] Liu, la conception Ren Zhanbing du système distant de mesure d'ECG téléphone Andrews [J] basées dispositif électronique 2015 (1): 194.197.
[11] La conception et la mise en oeuvre de soldats signal d'impulsion de détecteur de conflit Zheng [J] Automation Instrumentation, 2012, 33 (11): 7779.
. [12] Xu [J] applications d'automatisation 2015 (6) sur la base MSP430G2553 testeur d'impulsion intelligente: 7879.
