老年人健康伴侶——基于MXTOS2-200的遠程老年人監測儀

摘要：采用提供高精度三維位置的MXTOS2-200模塊和MXT8051 MCU模塊設計了一種體積小巧的遠程老年人監測儀。利用獨特的過采樣技術和低功耗、器件少的傳感模塊，通過對老年人心電、呼吸頻率、行走狀況（跌倒）等生理狀態參數的實時采集測量，與正常生理參數范圍做比較，進行預警動作。作品測試效果良好，當攜帶此監測儀的老年人在外出現異常時，集控中心的上位機接收到由監測儀中GSM/GPRS無線模塊傳送的位置信息和生理參數，實現快速定位和出勤急救，保障老年人的生命健康。本文網絡版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/170169.htm

關鍵詞：北斗導航；生理參數；老年人監護；突發處置

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.10.017

應用需求分析

需求分析

隨著經濟社會的不斷發展和科學技術的迅猛發展，人們對自身的身體素質和健康水平有了更高的要求。不管是在日常生活中定期的體格檢查，還是在特殊條件突發狀況時人們都需要了解身體的各項生理參數，如常見的體溫、呼吸頻率、脈搏、血壓、心電指數等等，以此作為初步的應急狀況的篩查。然而社會節奏的加快導致人們照顧小孩（特別是剛出生的嬰幼兒）和老人的時間精力都大為減少，特別是年邁的老年人有時候出門在外突發的一系列疾病都會在其體溫、呼吸頻率等指標上得以反映。新聞報導中，老人外出突發疾病等幾乎每天都在發生[1，2]。

上述的需求告訴我們，有必要設計一些簡單便攜的兼具報警功能的醫療電子系統來輔助人們快速尋找急救突發狀況的老年人，國內外類似的產品和概念近乎空白。如果借助這次北京時代民芯科技有限公司開發的能提供高精度的載體三維位置、時間信號等的GPS、BD-2 雙模兼容接收機模塊MXTOS2-200，可以實現老年人的快速定位，再加上相應的生理參數模塊進行老年人的原始觀測和及時預警。

應用領域

在國內，基于便攜式的生理參數監測儀的研究和開發有了較大發展，如祝順燕、孟橋等使用RISC的ARM 微處理器 S3C44B0X，設計了基于嵌入式系統的便攜式心電圖機[3]；馬進、黃佐等提出了便攜式多功能體檢計設計的概念[4]；田志宏、胡亮、邱峰志等采用CSN808模塊設計了基于Windows CE人體生理參數監測系統，實現了對病人生理參數的實時監測[5]；對于遠程醫療方面的研究，也有相關報道，如洪婷、楊印根等采用多生理參數采集器與客戶端PC機相連，客戶端PC機通過Internet網與醫院服務器相連而設計的一種方案[6]；韓天、陳萬忠等利用GSM 模塊TC35 和C8051F320 單片機進行相關電路設計了人體生理參數采集傳輸系統[7]。

不難看出，國內的很多研究都只是單獨研究設計了便攜式的監測儀或者采用物聯網的形式連接大型醫療設備，而且沒有針對老年人的特點設計。本次設計，采用很少的傳感、處理器件進行高速有效的采集和MXTOS2-200模塊，兼具了便攜和遠程發送的特點，可以起到定位急救的作用，具有成本低、功耗低的優勢。

國外現狀

隨著iPhone的普及和應用，App Store前些時間甚至推出了生理參數檢測的iPhone客戶端應用下載，配套的硬件采集模塊可以購買[8，9]。如可隨時測量血糖、血壓和體重的iPhone新配件在英國上市，用戶可以購置這樣的部件如iBGStar進行日常自測自檢，利用客戶端軟件隨時將數據傳送給醫療機構或與正常值進行對比，方便的進行遠程醫療體檢和危機狀況處置。

本次設計的基于MXTOS2-200的遠程生理參數監測預警系統的總體設計方案主要包括：MXTOS2-200模塊、主控MCU模塊（將原來的MXT8051改進為51內核的pSoC CY8C38系列）、生理參數采集模塊、藍牙模塊（代替GSM/GPRS與無線串口）、人機交互模塊。設計整體框圖如圖1所示。

系統實現了心電、行走狀況（跌倒）等生理參數（后期將實現脈搏、呼吸頻率等）的采集和測量以及隨時隨地的GPS位置坐標和時間信息的獲取和信號的傳輸。如果測量的心電等與預設值（標準范圍）有差異或跌倒時，則通過人機交互模塊進行信號和語音報警，并且啟動通訊模塊，將生理參數和位置信息傳遞到上位機或集控中心。這樣模擬出老人在外遇到突發狀況的情景，可以看到系統的各模塊的運行；同時系統也可以用于日常的體檢自查和遠程數據傳遞，便于醫師進行有經驗的心電數據分析和疾病診斷。

硬件部分主要包括生理參數中的心電模塊、行走狀態傳感模塊、電源模塊、MXTOS2-200導航模塊、pSoC CY8C38主控模塊、藍牙無線模塊以及LCD、LED電路。

系統主控制模塊選取CYPRESS公司的pSoC CY8C38的單片機進行PCB繪制，其中的電源供給電路、晶振電路、復位電路、鍵盤掃描電路和LCD驅動電路可以進行電路設計，滿足預期要求。主要是考慮了該款芯片內置的高速差分AD和可調的OP運算放大器。CY8C38 系列可以處理數十個數據采集通道以及每個通用輸入/輸出（GPIO）引腳上的模擬輸入。 CY8C38系列還具有易于配置的邏輯陣列，至所有 I/O 引腳的靈活路由，以及高性能的單周期 8051 微處理器內核。如圖3所示為主控板最小系統原理圖。

如圖4所示，CY8C38與心電采集電路[10]配合組成的心電測量模塊（左側紅黃藍色線分別連接三個導聯）。這部分為阻容高通濾波電路。如圖5所示為LabVIEW上位機監測圖，圖中所示為某次測量的心電信號圖。

MXTOS2-200模塊[11]即本次比賽的核心部件，它將射頻前端、基帶處理、定位軟件高度集成，具有低功耗、小體積、高可靠、高性能等特點，可實現 GPS/ BD-2 單模、雙模靈活定位模式。前期將MXTOS2-200模塊進行了焊接測試，采取RS232串口輸出數據協議，后期需要采取其他方式與pSoC進行通信。如圖6、圖7為MXTOS2-200模塊的使用模塊和上位機監測結果。

行走狀態傳感模塊采用能提供三維加速度的集成傳感器芯片ADXL345設計，這在步行計數器里得到了很好的應用。圖7為加速度傳感器采用I2C通信與pSoC主控芯片結合的測試結果。

采用藍牙或無線串口與上位機通訊進行數據交換作為演示，上位機可以采用NI公司的LabVIEW進行快速開發，編制很好的人機交互界面。后期開發可以需購置和制作GSM發短信模塊（TC35模塊）。如圖8所示為集控平臺上位機截圖。

遠程醫療設備和突發危險的急救設備為人類的生命健康提供了強有力的保障，也滿足了人們日益增長的物質需求，然而市場上還沒有成型的便攜的相關設備。本次采用北京時代民芯科技有限公司自主研發的MXTOS2-200定位模塊和pSoC CY8C38處理器，設計了一種基于快速定位的遠程生理參數監測系統——老年人健康伴侶，其中采用較為簡單的基礎元器件進行體溫、呼吸頻率等生理參數的采集和測量，并結合了MXTOS2-200模塊提供的位置信息。

預期系統的制作完成，將會作為遠程醫療監測急救設備的一種方案演示，能為今后的產品化提供一種思路。此方案和系統成本低廉，安全環保，易于攜帶。如果能推廣生產，將會極大的減少針對老年人突發狀況的急救時間，提高老年人們的生活水平。