基于AVR单片机的网络生理监护系统
2014-04-10 01:37周培义陈芳琦马程王玉
科技创新与应用 2014年12期
周培义+++陈芳琦+++马程+++王玉
摘 要：文章针对正常人体生理信号本身的特点采用低功耗滤波电路进行生理信号的采集、放大和传输。完成设计一种人体生理信号采集的电路，通过ADS1258对信号进行模数转换。利用传感器将采到并经AVR单片机处理的生理信号利用串行通信传送给PC机，再通过网络传输给终端。生理信号是一种微弱、低频的生物电信号，我们所采集的心电、脉搏、呼吸、体温等信号直接来至人体，在采集的过程中可能会混有肌电信号、50Hz工频信号，加之模拟电路中可能会产生噪声。因此为了获取低噪声的心电信号必须对采集到的生理信号做信号调解。目前对生理信号的降噪有多种方法，文章主要从滤波的方面介绍将噪声从信号中分离。
关键词：ATmega128；TCP/IP协议；网络传输；ADS1258
1 引言
当今社会随着老龄化结构的扩大，生活水平提高后人们对高质量生活的追求，对自己健康状况的了解日益增加，随着各种传染疾病和心血管疾病的蔓延，严重的威胁到了人体的生命安全，及时和准确的获得人体生理参数（如心率、血压、体温等）是十分重要的。人体生理参数是人体最重要、最基本的生命指标，对危重病人迸行生命指标参数的监测是医务工作者及时了解病情状况的重要手段之一，它有利于对有生命危险伤病员进行及时有效的治疗和抢救处理。而我们所要研制的这套基于AVR单片机的远程网络监护系统就能够利用现有的成熟的网络技术将病人的一系列生理参数及时地传送给医生，使医生能够实时了解病人的健康状况。
2 基本思路和原理
将传感器采集到的一系列生理信号的参数传送给AVR单片机进行处理，然后一方面将处理后的结果送入液晶显示器显示，使病人对自身健康状况有初步了解；另一方面将结果通过网络传送给医院的服务器端，供医生对病人的健康状况作出及时且有效的分析。
图1 系统总体框图
3 硬件设计
3.1 硬件设计总体框架
针对以上情况我们设计对本系统如图2：
3.2 前置放大电路的设计
由传感器电极经过威尔逊网络得到幅值为几百微伏电压信号1和电压信号2，然后通过差模放大电路进行放大。如图3所示，仪用放大器AD620组成的差模放大器放大倍数取100倍。根据公式（1）：
（1）
其中RG为跨接于AD620
1脚和8脚之间的反馈电阻，G为放大倍数，图3中，RG=R8，计算得出R8为5kΩ。
3.3 信号调解电路的设计
3.3.1 50Hz陷波电路设计
由于在测量环境中不可避免会有50Hz工频干扰，对微弱的心电信号有很强的干扰，故一定要将该工频信号滤除。文章采用图4所示为一陷波电路器，该陷波器采用非对称阻容网络构成陷波回路，实现了用单一电位器调整陷波器的中心频率，用调整负反馈的方法改变Q值。在该电路中可通过调节R17可改变阻带宽度。
3.3.2 滤波电路设计
图5 滤波电路电路
由于心电有用信号为低于100Hz的信号，所以设定滤波电路截止频率为106Hz。根据公式[1]（2）：
（2）
图5中，取R29、R30、R31为1.5K，C18、C19为1uF。
4 系统软件设计
主控芯片ATmaga128的程序设计流程图如图6。
5 结束语
文章介绍的事一种低功耗、多通道同时采样12位A /D芯片ADS1258的生理信号采集电路，并采用TCP/IP协议实现A /D输出同时PC机进行串行通信，可以记录各生理信号，不仅可以让患者在家可及时得知自身生理状况，而且也可以让医生远程实时监测患者生理参数，对患者身体状况及早掌握。做到早监控、早发现、早治疗。
参考文献
[1]靳达.单片机应用系统开发实例导航[M].北京：人民邮电出版社，2003.
[2]Joseph J.carr， John M.Brown. Introduction to Biomedical EquipmentsTechnology. USA： Prentice hall career&technology， 1993.
[3]蔡建新，张唯真.生物医学电子学[M].北京：北京大学出版社，1997.
[4]老杨. AVR单片机工程师是怎样炼成的：基于C语言+Proteus仿真[M].北京：电子工业出版社， 2012.
[5]余学飞.医学电子仪器原理与设计[M].广州：华南理工大学出版社，2006.
[6]沈建良，等. Atmega128单片机入门与提高[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.
[7] 康光华.电子技术基础模拟部分（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2008.endprint
摘 要：文章针对正常人体生理信号本身的特点采用低功耗滤波电路进行生理信号的采集、放大和传输。完成设计一种人体生理信号采集的电路，通过ADS1258对信号进行模数转换。利用传感器将采到并经AVR单片机处理的生理信号利用串行通信传送给PC机，再通过网络传输给终端。生理信号是一种微弱、低频的生物电信号，我们所采集的心电、脉搏、呼吸、体温等信号直接来至人体，在采集的过程中可能会混有肌电信号、50Hz工频信号，加之模拟电路中可能会产生噪声。因此为了获取低噪声的心电信号必须对采集到的生理信号做信号调解。目前对生理信号的降噪有多种方法，文章主要从滤波的方面介绍将噪声从信号中分离。
关键词：ATmega128；TCP/IP协议；网络传输；ADS1258
1 引言
当今社会随着老龄化结构的扩大，生活水平提高后人们对高质量生活的追求，对自己健康状况的了解日益增加，随着各种传染疾病和心血管疾病的蔓延，严重的威胁到了人体的生命安全，及时和准确的获得人体生理参数（如心率、血压、体温等）是十分重要的。人体生理参数是人体最重要、最基本的生命指标，对危重病人迸行生命指标参数的监测是医务工作者及时了解病情状况的重要手段之一，它有利于对有生命危险伤病员进行及时有效的治疗和抢救处理。而我们所要研制的这套基于AVR单片机的远程网络监护系统就能够利用现有的成熟的网络技术将病人的一系列生理参数及时地传送给医生，使医生能够实时了解病人的健康状况。
2 基本思路和原理
将传感器采集到的一系列生理信号的参数传送给AVR单片机进行处理，然后一方面将处理后的结果送入液晶显示器显示，使病人对自身健康状况有初步了解；另一方面将结果通过网络传送给医院的服务器端，供医生对病人的健康状况作出及时且有效的分析。
图1 系统总体框图
3 硬件设计
3.1 硬件设计总体框架
针对以上情况我们设计对本系统如图2：
3.2 前置放大电路的设计
由传感器电极经过威尔逊网络得到幅值为几百微伏电压信号1和电压信号2，然后通过差模放大电路进行放大。如图3所示，仪用放大器AD620组成的差模放大器放大倍数取100倍。根据公式（1）：
（1）
其中RG为跨接于AD620
1脚和8脚之间的反馈电阻，G为放大倍数，图3中，RG=R8，计算得出R8为5kΩ。
3.3 信号调解电路的设计
3.3.1 50Hz陷波电路设计
由于在测量环境中不可避免会有50Hz工频干扰，对微弱的心电信号有很强的干扰，故一定要将该工频信号滤除。文章采用图4所示为一陷波电路器，该陷波器采用非对称阻容网络构成陷波回路，实现了用单一电位器调整陷波器的中心频率，用调整负反馈的方法改变Q值。在该电路中可通过调节R17可改变阻带宽度。
3.3.2 滤波电路设计
图5 滤波电路电路
由于心电有用信号为低于100Hz的信号，所以设定滤波电路截止频率为106Hz。根据公式[1]（2）：
（2）
图5中，取R29、R30、R31为1.5K，C18、C19为1uF。
4 系统软件设计
主控芯片ATmaga128的程序设计流程图如图6。
5 结束语
文章介绍的事一种低功耗、多通道同时采样12位A /D芯片ADS1258的生理信号采集电路，并采用TCP/IP协议实现A /D输出同时PC机进行串行通信，可以记录各生理信号，不仅可以让患者在家可及时得知自身生理状况，而且也可以让医生远程实时监测患者生理参数，对患者身体状况及早掌握。做到早监控、早发现、早治疗。
参考文献
[1]靳达.单片机应用系统开发实例导航[M].北京：人民邮电出版社，2003.
[2]Joseph J.carr， John M.Brown. Introduction to Biomedical EquipmentsTechnology. USA： Prentice hall career&technology， 1993.
[3]蔡建新，张唯真.生物医学电子学[M].北京：北京大学出版社，1997.
[4]老杨. AVR单片机工程师是怎样炼成的：基于C语言+Proteus仿真[M].北京：电子工业出版社， 2012.
[5]余学飞.医学电子仪器原理与设计[M].广州：华南理工大学出版社，2006.
[6]沈建良，等. Atmega128单片机入门与提高[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.
[7] 康光华.电子技术基础模拟部分（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2008.endprint
摘 要：文章针对正常人体生理信号本身的特点采用低功耗滤波电路进行生理信号的采集、放大和传输。完成设计一种人体生理信号采集的电路，通过ADS1258对信号进行模数转换。利用传感器将采到并经AVR单片机处理的生理信号利用串行通信传送给PC机，再通过网络传输给终端。生理信号是一种微弱、低频的生物电信号，我们所采集的心电、脉搏、呼吸、体温等信号直接来至人体，在采集的过程中可能会混有肌电信号、50Hz工频信号，加之模拟电路中可能会产生噪声。因此为了获取低噪声的心电信号必须对采集到的生理信号做信号调解。目前对生理信号的降噪有多种方法，文章主要从滤波的方面介绍将噪声从信号中分离。
关键词：ATmega128；TCP/IP协议；网络传输；ADS1258
1 引言
当今社会随着老龄化结构的扩大，生活水平提高后人们对高质量生活的追求，对自己健康状况的了解日益增加，随着各种传染疾病和心血管疾病的蔓延，严重的威胁到了人体的生命安全，及时和准确的获得人体生理参数（如心率、血压、体温等）是十分重要的。人体生理参数是人体最重要、最基本的生命指标，对危重病人迸行生命指标参数的监测是医务工作者及时了解病情状况的重要手段之一，它有利于对有生命危险伤病员进行及时有效的治疗和抢救处理。而我们所要研制的这套基于AVR单片机的远程网络监护系统就能够利用现有的成熟的网络技术将病人的一系列生理参数及时地传送给医生，使医生能够实时了解病人的健康状况。
2 基本思路和原理
将传感器采集到的一系列生理信号的参数传送给AVR单片机进行处理，然后一方面将处理后的结果送入液晶显示器显示，使病人对自身健康状况有初步了解；另一方面将结果通过网络传送给医院的服务器端，供医生对病人的健康状况作出及时且有效的分析。
图1 系统总体框图
3 硬件设计
3.1 硬件设计总体框架
针对以上情况我们设计对本系统如图2：
3.2 前置放大电路的设计
由传感器电极经过威尔逊网络得到幅值为几百微伏电压信号1和电压信号2，然后通过差模放大电路进行放大。如图3所示，仪用放大器AD620组成的差模放大器放大倍数取100倍。根据公式（1）：
（1）
其中RG为跨接于AD620
1脚和8脚之间的反馈电阻，G为放大倍数，图3中，RG=R8，计算得出R8为5kΩ。
3.3 信号调解电路的设计
3.3.1 50Hz陷波电路设计
由于在测量环境中不可避免会有50Hz工频干扰，对微弱的心电信号有很强的干扰，故一定要将该工频信号滤除。文章采用图4所示为一陷波电路器，该陷波器采用非对称阻容网络构成陷波回路，实现了用单一电位器调整陷波器的中心频率，用调整负反馈的方法改变Q值。在该电路中可通过调节R17可改变阻带宽度。
3.3.2 滤波电路设计
图5 滤波电路电路
由于心电有用信号为低于100Hz的信号，所以设定滤波电路截止频率为106Hz。根据公式[1]（2）：
（2）
图5中，取R29、R30、R31为1.5K，C18、C19为1uF。
4 系统软件设计
主控芯片ATmaga128的程序设计流程图如图6。
5 结束语
文章介绍的事一种低功耗、多通道同时采样12位A /D芯片ADS1258的生理信号采集电路，并采用TCP/IP协议实现A /D输出同时PC机进行串行通信，可以记录各生理信号，不仅可以让患者在家可及时得知自身生理状况，而且也可以让医生远程实时监测患者生理参数，对患者身体状况及早掌握。做到早监控、早发现、早治疗。
参考文献
[1]靳达.单片机应用系统开发实例导航[M].北京：人民邮电出版社，2003.
[2]Joseph J.carr， John M.Brown. Introduction to Biomedical EquipmentsTechnology. USA： Prentice hall career&technology， 1993.
[3]蔡建新，张唯真.生物医学电子学[M].北京：北京大学出版社，1997.
[4]老杨. AVR单片机工程师是怎样炼成的：基于C语言+Proteus仿真[M].北京：电子工业出版社， 2012.
[5]余学飞.医学电子仪器原理与设计[M].广州：华南理工大学出版社，2006.
[6]沈建良，等. Atmega128单片机入门与提高[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.
[7] 康光华.电子技术基础模拟部分（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2008.endprint
