基于ARM9的远程多参数监护仪的设计

刘露 艾信友 曾研 范兵兵

摘  要：本设计为一种基于STM32和Android的多参数生理信号采集、处理、蓝牙传输、存储和显示装置，与上位机实现无线通信，对多种生理参数进行实时监测。

关键词：STM32;Android;多生理信号采集;便携设备

中图分类号：R197.39       文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）14-0084-02

Abstract： This design is a multi-parameter physiological signal acquisition， processing， Bluetooth transmission， storage and display device based on STM32 and Android， which realizes wireless communication with the host computer and monitors a variety of physiological parameters in real time.

Keywords： STM32; Android; multi-parameter physiological signal acquisition; portable equipment

引言

目前市場上的监护仪种类繁多，以迈瑞公司的MEC1000 系列为例，机型一体化便携式4通道参数显示，但是体积318*154*264mm，重量高达6.4kg。当前多参数生理信号监护系统具有性能差、体积大、功耗大等缺点，远远不能满足便携式的要求。现代医疗设备朝可穿戴方向发展，便携、低耗能、多功能是大势所趋，具有良好的发展前景。

1 系统概述

本系统采用STM32F103C8T6作为下位机主控，前端采用多种生理传感器和集成化模拟器件组成;完成多参数生理信号采集、处理、蓝牙传输、存储和显示装置。上位机通过蓝牙连接，采用ExynosCortex-A9主控芯片，以Android为系统平台，实现对各种信号波形的显示、计算、存储、建立大数据库和分享数据等。具体系统结构框图如图1所示。

2 硬件设计

该系统的硬件由系统供电、心电测量、呼吸测量、脉搏测量、体温测量、血氧测量、蓝牙传输电路组成。主要硬件电路设计如下：

2.1 心电测量电路

模拟前端采用的是AD公司的AD8232系列产品。AD8232 是一款用于ECG及其他生物电测量应用的集成信号调理模块。该器件设计用于在具有运动或远程电极放置产生的噪声的情况下提取、放大及过滤微弱的生物电信号。该设计使得超低功耗模数转换器或嵌入式微控制器能够轻松地采集输入信号。

2.2 脉搏测量电路

采用光电容积法测量，其基本原理是利用人体血液在血管搏动时造成透光率不同来进行脉搏测量的。脉搏随着心脏的搏动而周期性变化的信号，动脉血管容积也是周期性变化，因此光电变换器的电信号变化周期就是脉搏率。

2.3 呼吸测量电路

采用高精度热敏电阻，根据人体呼吸鼻腔温度变化来进行呼吸频率的测量。其测试方法具有功耗低、灵活方便等优点。

2.4 蓝牙传输电路

蓝牙模块选择XM-15B蓝牙串口模块，实现无线传输数据。

3 软件设计

本系统采用STM32F103C8T6作为下位机主控，完成多种生理参数采集、处理、蓝牙传输、存储和显示装置。（以蓝牙数据传输为例流程图见图2）

3.1 心电、脉搏、呼吸采集

通过STM32F103内置的12-BitADC对心电信号进行实时采样，将其映射到内置的DMA功能模块，无外部触发信号，连续转换，大大减少了占用CPU的时间。设置定时器设置时长为2ms，触发一次定时器中断，即采样频率为500Hz，对其进行多通道连续扫描，扫描值存入对应缓冲区进行滤波、计算、显示等。

3.2 血氧、体温算法

血氧和体温都通过IIC通信协议与单片机进行通信。MX3010XSpO2测量采用两种不同的波长LED来识别氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白和红外发光二极管用于确定分离PPG信号，软件部分采用IIC协议与MAX30102芯片进行数据通信。

4 界面显示

在波形显示界面首先进行程序初始化，设置各控件的响应函数，对相关控件进行监听。然后获取连接蓝牙传输的数据流，开启实时波形画图线程和生理参数显示更新线程，在实时波形画图线程中，主要完成获得蓝牙接收数据，判断是否为波形数据，然后将波形数据在SurfaceView上画出来，实时波形显示图如图3所示。

5 系统功能测试

分别用信号发生器以及人体对本装置进行测试，测试结果如表1、表2、表3所示：

6 结束语

该远程多参数监护仪能对多种生理参数进行实时监控和存储，硬件电路简单、耗电量低、各项性能稳定，具有较高应用价值。

参考文献：

[1]郑亮，郑士海.嵌入式系统开发与实践-基于STM32F10X系列[M].北京：北京航空航天大学出版社，2015.

[2]Sinon Monk.Arduino+Android互动智作[M].唐乐，译.北京：科学出版社，2013.

[3]张金榜，吴荣春，何骞，等.可穿戴的生理监测系统设计[J].微型机与应用，2013（20）：29-31.