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国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志

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基于GSM的嵌入式血压体温监测系统

Sudhindra。F1, Annarao.S.J2, Vani.R.M3.和P.V. Hunagund4
  1. 印度卡纳塔克邦古尔巴尔加古尔巴尔加大学一级技术官员
  2. 印度卡纳塔克邦古尔巴加港大女子理工学院电子系系主任
  3. 印度卡纳塔克邦古尔巴加古尔巴加大学USIC负责人
  4. 印度卡纳塔克邦古尔巴加古尔巴加大学应用电子系教授
有关文章载于Pubmed，谷歌学者

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国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志

摘要

老年人、残疾人和患有某些严重疾病的人，由于其健康状况，通常被限制在家中活动。当他们需要出去做一些小事情时，他们就会陷入无助的境地。本文介绍了基于GSM的嵌入式血压体温模拟监测系统的设计与开发。系统采用GSM通信方式对模拟生物医学参数中的异常情况进行通信。任何这些参数的值与设定值之间的异常偏差都会立即被感知，并向附近的人寻求当地的帮助。如果没有这样的帮助，该系统将短信直接发送到家庭，医生或照顾者的手机。它是一种双向通信系统，照顾者/医生可以随时发送短信来了解人或病人当前的参数状态。

关键字
模拟血压电路，双频GSM Modem，微控制器，温度传感器。

介绍
独立的或专用的嵌入式系统有一个缺点，它总是刚性的，它限制了操作人员的移动，并且需要个人在场来控制和监控过程或参数[1-3]。通过使用短距离无线通信方法自动监测和控制各种参数正在使用中[4-6]。然而，这种系统限制了发射端与远程端之间的距离。它总是首选使用无线遥测系统的生物医学应用，因为这些生物信号可以很好地观察生活条件。另一种超短距离通信方法是蓝牙技术[7]。GSM提供了全球范围内的通信覆盖，GPS也提供了在地球上任何地方定位目标的能力。研究人员建议使用这种GSM & GPS技术从远程终端监测患者的生物医学参数[8,10,11]。GSM/GPS通信方式的应用不局限于任何特定参数，甚至应用于汽车跟踪[9]。老年人/病人需要经常监测他们的健康状况，即使他们走出家门。
这项工作的目的是研究多种生物医学参数的异常，并通过SMS通过GSM通信网络通知管理员。研究了一种紧凑、可靠、低成本的远程监控系统的硬件和软件设计。在该系统中，实现了模拟血压和体温的生物医学参数监测。如果出现任何异常，它会通过液晶显示屏上的信息发出警报，并将短信发送到医生/护理人员的手机上，并使用蜂鸣器提醒周围的人并向他们寻求帮助。

提出的系统硬件
本文提出了一种基于GSM的嵌入式生物医学参数模拟监控系统。该系统有两个模块，一个是系统模块，另一个是移动模块或手机模块。它利用GSM架构及其移动通信设施，将人的生理参数状态传输到授权人的手机。在这个系统中，系统模块和移动模块(手机)都可以充当发射机和接收机，因为它是一个双向通信系统。系统模块是基于微控制器的，从所有传感器收集数据，并比较其设定值的任何异常偏差。如有偏差;它会向护理人员的手机发送一条短信，并附上生物医学参数的新值。
系统响应医生或管理员发送的短信，验证真伪(密码)后发送回复短信。通过该系统发送的响应短信，医生或管理员可以了解人或病人的健康状况。系统框图如图2所示。硬件分为系统模块和远程模块(手机)两部分(图中没有显示)。
该系统的硬件特性包括标准嵌入式系统的所有一般组件。少数硬件部件的细节是;
4.1嵌入式微控制器。
4.2温度传感器
4.3信号调理电路。
4.4血压回路。(NIBP)
4.5模数转换器(ADC)。
4.6双波段GSM Modem。
4.7用户识别模块
4.8短消息业务
4.9液晶显示单元。
4.10应急交换机
4.11电源。
4.1嵌入式单片机:单片机是整个系统的核心部分。它控制ADC、血压模拟电路、GSM modem和LCD显示单元等子系统。为这项工作选择的控制器是Atmel的89C51，它通过执行存储在其闪存程序存储器中的程序来完成系统的所有控制活动。它是一个8位微控制器，内置8k字节的flash程序存储器，256字节的数据存储器和4-I/O端口。它还包括一个全双工串行UART和内部定时器/计数器。是此类应用的紧凑型机电系统设计的理想选择
4.2温度传感器:本项目选用的温度传感器为LM35。它是一种标准半导体换能器，适用于-50°C至+150°C的温度范围。它被固定在人的身体上，产生10mV/0C的体温。该信号被适当地放大并馈送到ADC。
4.3信号调理放大器:信号调理采用仪表放大器对LM35D温度传感器信号进行线性化处理。它基本上是一种非反相放大器，适用于直流放大。除了放大之外，它还为传感器部分提供了高输入阻抗，从而避免了传感器电路的负载。温度传感器LM35D产生与℃成比例的电压。它产生10mV/°C。例如，在35°C时，LM35D输出的电压为350毫伏。ADC 0809的分辨率为20毫伏。这意味着ADC 0809二进制输出的计数变化需要20毫伏的输入。要获得相当于35的二进制数据，需要700毫伏的输入。将LM35D传感器的输出放大20即可得到该电压。该级为输入信号提供20的增益。如下面的电路图所示，IC LM324(四运算放大器)构成了信号调理单元的主要部件。
4.4血压回路:血压(BP)，有时被称为动脉血压，是循环血液对血管壁施加的压力，是主要的生命体征之一。在没有进一步说明的情况下，“血压”通常是指体循环的动脉压力。在每次心跳时，血压在最大值(收缩压)和最小值(舒张压)之间变化。血液循环中的血压主要是由心脏的泵送作用引起的。没有进一步说明的血压通常是指在一个人的上臂测量的全身动脉压力，是上臂主动脉肱动脉压力的测量。一个人的血压通常用收缩压比舒张压来表示，并以毫米汞柱(mmHg)来测量，例如120/80。在人体上制造血压异常是非常困难的。为此，在该系统中提出了模拟血压回路。该系统采用无创血压测量法测量收缩压和舒张压值。两个电位计提供模拟信号，一个表示收缩压值，另一个表示舒张压值。 These analog signals are fed to two separate channels of the ADC. The ADC converts these analog signals to 8-bit digital values and provides them to the microcontroller. The controller internally compares them with their set point values to find out whether there are any abnormalities.
4.5模数转换器(ADC):ADC负责将模拟信号转换为二进制数。当任何模拟信号应用于其输入时，它开始转换过程，ADC将输入信号转换成比例二进制值，需要一段时间。当它完成转换并准备好数字数据时，它表示转换结束信号。控制器现在可以从ADC读取数字数据。采用8位逐次逼近型ADC 0809。
4.6双频短信猫:它是一个无线调制解调器，可以通过GSM网络发送和接收数据。它需要SIM卡和GSM网络连接。它由内置的TCP/IP协议栈组成。GSM MODEM通过AT命令与嵌入式系统通信。它工作在两个频率，即900兆赫和1800兆赫向上和向下链接。因此它被称为双波段GSM MODEM。此调制解调器设计为RS232标准，因此，当连接到控制器时，需要RS232到TTL电平转换器。
4.7用户识别模块GSM的一个主要特点是用户识别模块(SIM)，通常称为SIM卡。SIM卡是一个可拆卸的智能卡，包含用户的订阅信息和电话簿。
4.8短消息业务短消息服务(SMS)作为一种廉价而方便的通讯方式在移动电话用户中很受欢迎。由于使用短信技术是一种廉价、方便和灵活的数据传输方式，研究人员正试图将这项技术应用于许多不同的领域。SMS技术可以作为一种成本效益和更灵活的方式使用的领域之一将是远程监控。
4.9液晶显示单元:本系统采用液晶显示模块进行显示。使用带有背光设施的2行16字符液晶模块。控制器通过液晶模块的接口将信号发送给液晶模块。
4.10应急开关:在任何异常情况下，如果患者或个人按下任何紧急开关，蜂鸣器会提醒周围的人，并向他们寻求帮助。
4.11电源单元:-因为这个仪器必须由病人在移动时携带。因此，整个病人的设备必须设计成可以使用电池的。它由可充电电池、滤波电容器和电压调节器组成。电池可以用普通充电器充电。

SOFTWRE实施
由于该系统是作为专用嵌入式系统实现的，因此必须在不使用任何通用操作系统的情况下开发软件。系统程序是用汇编语言编写的，因为它能产生最紧凑的十六进制代码。通电时，系统从RESET位置进入ON状态。控制器执行程序并按顺序执行以下任务。
•初始化微控制器端口配置。
•初始化串口，设置其波特率并启用其中断系统。
•初始化LCD显示并设置其参数。
•在LCD上显示初始标题信息。
•开始监测生物医学参数。
•启动ADC并扫描ADC的每个通道。
•通过ADC从温度传感器获取NIBP值，体温值并显示在LCD显示屏上。
•比较当前值与其内部SET值。
•如果有任何参数异常，LCD上会显示信息，并打开蜂鸣器，等待在规定的时间内按下DISABLE按钮。
•如果在规定的时间内按下DISABLE按钮，它将禁用警报，并返回重新监测患者的参数。
•准备包含生物医学参数值的SMS。
•通过AT命令与GSM modem通信，发送短信。
•禁用警报并再次返回监控患者的参数。

实验结果与讨论
该系统试图解决前面提到的老年人/病人的问题。该系统必须证明其与GSM连接的可行性，用于生物医学参数监测和医疗紧急情况的通报。其目的是不受距离限制，在任何地方自动测量人的生物医学参数，并利用成熟的GSM移动通信技术进行通信，从而将生物医学参数的范围扩大到无限范围。当使用者感到不舒服时，他自己可以通过按下仪器上的按钮或微型开关来寻求帮助。
如果没有人帮助这个人，微控制器重新获得数据并准备一个简洁的短信，并通过GSM调制解调器将信息发送到受影响的人的医生/护理人员的手机上。它可以帮助这些人及时得到关键的帮助。因此，它可以帮助残疾人/老年人。也可以作为危重病人的救命工具。
从上面的讨论可以清楚地看出，该系统是自动的、无线的、便携式的，可以将所有生物医学参数以及患者的位置与护理人员/医生的手机进行通信。
该短信的详细信息如下:SYS=118(收缩压)，DYS=013(舒张压)& BT=033(体温)。

结论
本课题以Atmel公司的89C51单片机为核心，设计并实现一个低成本的GSM模拟生物医学参数监测系统。该系统在实验室中设计开发成功。系统设计使用了许多技术，如传感器、数据采集、生物医学仪器和GSM，我们必须为设计选择合适的技术。该系统操作简单，成本低，易于使用。工作的最终目标是降低住院和救助费用，提高患者和家庭的生活质量。该系统运行可靠，可供患有各种疾病的人使用。据信，其他人群的患者，如老年人，可能会大大受益于类似设备的创造。唯一的缺点是没有GSM网络。然而，GSM连接很少可能不可用。在这种情况下，系统无法发送信息，但GSM的存储转发架构特性使得短信的发送不会延迟。

数字一览
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图1 图2 图3 图4 图5

参考文献











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