基于GPRS網絡的醫療監護系統

王志勇，李 欣

（哈爾濱理工大學 測控技術與通信工程學院，黑龍江 哈爾濱150080）

近年來，在家庭修養的病人由于不能得到及時看護和搶救，死亡的人數大量提高。而隨著老年化的加劇，老年人在家中的健康狀況也得到了更高的重視。本文研究的醫療服務系統可以極大的降低運送病人的時間和成本，并能及時的看護老年人的健康狀況，對提高我國全民的健康水平有著重要作用。本論文介紹一種基于GPRS網絡的家庭醫療服務系統，本系統采用了最新的GPRS傳輸技術和比較人性化的菜單式人機接口，實現了醫院對家庭病人的實時監測。

1 系統工作原理

該系統由人體健康參數檢測模塊，GPRS網絡和遠程計算機監控中心組成。人體健康參數檢測模塊由人體生命參數采集傳感器，傳感器組是適配板，GPRS網絡，MPU及輔助電路構成，如圖1所示。

傳感器進行對人體健康參數的采集，當傳感器采集的信號是數字量，則信號直接傳送給MPU。當傳感器采集的信號是模擬量則需要通過傳感器組適配板進行信號放大濾波處理，再傳送給MPU。通過MPU處理的信號在LCD上顯示和存儲，MPU對數據進行相應的協議封裝然后傳送給GPRS無線通訊模塊，該模塊將數據傳送上GPRS公眾網，通過Internet傳輸方式將數據傳送到遠程計算機監控中心。該中心對接收到的數據進行整理存儲，以達到監測病人的目的。

圖1 結構框圖Fig.1 Structure diagram

1.1 GPRS模塊

出于對性價比和系統要求的考慮，本系統采用了Wavecom公司的M590E GPRS模塊。本模塊具有語音，簡訊服務，數據傳輸以及FAX功能并集成了Base band，RF以及快速閃存并支持RS232等。

GPRS模塊[1]和MPU之間可通過RS232串口進行通信。該模塊是基于IP協議的，GPRS網要經過發送符合IP協議的數據包才能與S3C44B0X進行通信。而且在uClinux操作系統具有完備的TCP/IP協議棧，完全能達到系統功能的要求。進行通信時，第一步要通過AT命令建立GPRS信道，第二步設置波特率并指定上層協議開通GPRS鏈路，最后采用PPP協議來進行數據鏈路層的連接和傳輸[2-3]。

底層鏈路成功建立以后，就要進行上層的socket通信。鏈路層的上邊就是IP層，該層之上可以選擇的協議有面向連接的TCP和面向非連接的UDP協議。如果數據可靠性要求較高，應當選擇TCP協議，可是其實現比較復雜，并且系統負荷較大；雖然UDP協議的可靠性較低，但是對網絡的負荷較小。比較適合數據的實時傳輸。本系統對實時性要求比較高，應選用UDP協議，本協議不但簡單，而且在實際的應用中效果良好。本系統要實現遠程測控，所以要為GPRS模塊的PC機編寫一個通信軟件。主要用于接收發送UDP協議的IP包和一個類似嵌入式系統的LCD菜單人機對話框。

1.2 遠程計算機監測中心的軟件實現

遠程計算機監測中心實際上就是一個管理數據庫的系統。遠端數據庫采用SQL Server作為軟件。SQL是一種結構化查詢語言并是一種標準數據庫語言，SQL對數據庫的隨即查詢以及管理數據庫和設計程序功能十分豐富。本系統的用戶界面采用C++Builder作為開發語言，本軟件可以提供豐富的可視和不可視控件，可以創建良好的用戶界面，能進行高效能的數據庫管理和訪問，并能快速執行和網絡編程。該數據庫功能強大，不僅有查詢，添加，刪除以及編輯的基本功能，還能報警，結果導出，打印，查詢以及繪圖等實用功能。

2 系統的軟件和硬件的實現

2.1 硬件電路

該系統的嵌入式微處理器采用Samsung公司的S3C44B0X，S3C44B0X是基于ARM7TDMI核的32位高速處理器[4]。此MPU具有LCD控制器，4個DMA通道，定時器，外部存儲控制器，通用I/O口，2個通道UART以及外部中斷源等。S3C44B0X還有8路模擬信號輸入的10位逐次逼近型數模轉換器，可實現將模擬信號轉化為數字量的功能[5]。本系統的具體硬件電路如圖2所示。

圖2 硬件電路框圖Fig.2 The hardware principle diagram

2.1.1 信號放大濾波電路

氣體濃度通過氣體傳感器轉換為電壓信號輸出。因為氣體濃度的變化比較緩慢，傳感器的電壓信號變化量比較小。所以要對信號進行放大。本系統的信號放大濾波模塊由測量放大器原理電路，如下圖3所示。該電路有第1級的同相輸入電路，輸入電阻高，并且因為電路結構對稱，可較好地抑制零點漂移；第2級是差分放大電路，能較好地對擾動的竄入進行抑制。小電容的一端接地另一端與測量放大器輸出信號相連，可以對信號進行濾波。

圖3 信號放大濾波電路圖Fig.3 Signal amplifying filter circuit

2.1.2 S3C44B0X與GPRS模塊的連接

S3C44B0X本身帶有兩個串口控制寄存器，該串口通過電平轉換器MAX232進行電平轉換，轉換以后的接收端口RXD和發送端口TXD與GPRS模塊的對應腳相連，再將MPU上的清除發送端口CTS和請求發送端口RTS與GPRS模塊對應腳相連，從而就實現了MPU與GPRS模塊之間的通信[6]。MPU的I/O口與GPRS模塊開關進行連接，通過置位來控制GPRS開關。

2.2 系統的軟件實現

搭建完硬件平臺以后，考慮操作系統的選擇，因為操作系統的選用是實現各系統功能的關鍵。該系統采用了免費的uClinux操作系統，該系統沒有MMU即內存管理單元，比較適合ARM式微處理器。該系統采用uClinux-20040408版。該版本的操作系統帶有很多硬件的驅動程序，比如串口驅動，LCD顯示等，另外還具有完整的嵌入式TCP/IP網絡協議[7-8]。如果需要加上自己的驅動，可采用文件系統方便地加入內核中[9]。驅動程序編輯好以后，就可以為上層的應用程序的編寫提供接口函數，也就可以開始編寫針對設備的應用程序，最后就可以重新編譯內核。把該操作系統的二進制文件燒載進FLASH中，就能實現對外部設備的使用了。

該系統的軟件功能模塊由初始化模塊，顯示器模塊，鍵盤功能模塊，操作系統模塊以及數據解算模塊組成。主程序流程圖如圖4所示。

圖4 主程序流程圖Fig.4 Flow chart of main program

本系統的主程序的主要功能是對傳感器模擬信號的轉換、存儲、顯示以及發送。該系統將接收的模擬信號通過ADC轉換為數字信號后在LCD上顯示，經操作人員得到確認后將數據存儲到系統的FLASH中，對信號進行一定的處理以便達到GPRS傳輸的需要，通過對上位機發出發送信號的請求，并且該系統接收到上位機的回應便可以進行發送。

該系統的數據采集程序中運用了一個帶數字濾波的AD轉換方法即中位值濾波，該方法是對數據進行4次采樣，除去其中的最大值和最小值，再取平均值，得到系統可用的數據，該方法對去除尖峰干擾有較好的效果。

3 結束語

本系統在哈爾濱市某小區進行了試運行，取得了比較滿意的效果。使用該系統時，用戶可根據自身的實際情況靈活的選擇人體檢測傳感器，通過比較人性化的菜單式人機接口可以直觀地觀察到自身的健康信息；用戶也可以隨時將健康信息發送到醫療監測中心，該系統不受時間和地域的限制。該系統成本較低，使用方便將具有廣闊的應用場景和市場，對我國全民健康水平的提高具有重要的作用。

[1]SIEMEMS Mobile.M590E Hareware Interface Description[EB/OL].（2007-02-04）http://.semens.com.

[2]SIEMEMSMobile.M590E AT Command Set[EB/OL].（2007-02-04）.http:www.semens.com.

[3]SIEMESMobile.M590E GPRSStartup Use’s Guide[EB/OL].（2007-02-04）.http://.semens.com.

[4]SAMSUNG Electronic.S3C44B0X User Manual[EB/OL].2008-09-01.http://.samsung.com.

[5]汪玉鳳.基于ARM7的遠程數據監控系統 [J].儀表技術與傳感器，2010（11）:15.WANG Yuf-eng Remote data monitoring system based on ARM7[J].Instrument Technique and Sensor，2010（11）:15

[6]陳文智.嵌入式系統開發原理與實踐[M].北京：清華大學出版社，2003.

[7]RUIBINI A.Linux設備驅動程序[M].北京：清華大學出版社，2008.

[8]杜春雷.ARM體系結構與編程[M].北京：清華出版社，2003.

[9]王洪輝.嵌入式系統Linux內核開發實踐指南（ARM平臺）[M].北京：電子工業出版社，2009.