運動員遠程心率數據傳輸系統設計

趙田　張瑾

摘 要：在信息化的時代背景下，科學技術不斷發展。無線通信技術的出現極大的推動了很多領域的發展和進步。在本次研究中，筆者關注的是遠程醫療監護領域，以單片無線收發一體芯片nRF905和AT89S52單片機為基礎設計了一套針對運動員的遠程心率數據傳輸系統。筆者首先介紹了系統的整體設計思路，接下來分析了系統的硬件設計和軟件設計，最后對系統進行了性能測試，測試結果表明本文所設計的系統可以有效的實現預期功能。

關鍵詞：遠程心率；數據傳輸系統；設計

1 系統設計思路

在本次設計中，筆者選擇了單片無線收發一體芯片nRF905和AT89S52單片機，nRF905是一種新產品，研發單位是挪威Nordic VLSI企業。在正式開始系統設計工作之前，筆者首先對nRF905和AT89S52開展了一系列的研究，主要包括：第一，nRF905的具體結構；第二，nRF905的工作原理；第三，AT89S52的工作原理，以及各項功能等。上述工作是保證系統設計可以順利得到開展的基礎和前提。總的說來，筆者對于運動員遠程心率數據傳輸系統的基本設計思路如下：第一步，獲取運動員的心率信號。需要用到的設備有心電電極和心電傳感器；第二步，對心率信號通過無線的方式進行發送。此時需要借助的設備主要是無線信號轉發器，其中發揮關鍵作用的就是nRF905；第三步，處理心率信號，并獲得心率數據。在處理心率信號時，主要使用的方法是濾波。之后還需要對信號進行存儲處理，方便相關人員使用上述信號。在本系統中，無線數據傳輸裝置是必不可少的，該裝置主要包括三個組成部分，分別是收發器nRF905、AT89S52單片機以及顯示結構。

2 系統硬件設計

系統硬件設計工作主要包括以下幾個部分：

1）心率信號的采集。在收集運動員的心率信號時，發揮關鍵作用的設備主要有兩個，分別是心電電極以及心電傳感器。其中，心電電極的主要作用是：對運動員的心臟活動信號進行收集處理，并進一步將去傳遞到心電傳感器。心電傳感器的主要作用是：對接收的心臟信號進行一系列的處理，具體流程包括：增大原本微弱的信號、對信號進行濾波處理等。此外，心電傳感器還可以將處理好的心率信號傳遞到無線信號轉發器。本系統使用的心電電極和心電傳感器具有下述優勢：第一，在工作過程中可以有效的抵御環境中的干擾因素；第二，運行時需要的電量不是很多等；第三，在采集運動員的心率信號時，對運行員的產生的影響相對較小，運動員可以保持正常的運動狀態。

2）前置放大電路。前置放大電路的主要組成部分就是前置放大器，筆者選擇的是AD620儀表放大器。選擇該組件的主要原因是：控制增益的大小，如果增益過大的話，就可以導致心電放大器出現阻塞現象，從而影響系統的正常運行。

3）心率信號的無線發送。一般來講，心率傳感器可以將心率信號傳遞的最遠距離是一米，而在遠程監測領域，監測范圍肯定超過了一米，這就為心率信號的發送提出了新的要求。為了解決上述問題，筆者選擇了nRF905，借助于無線信號轉發器滿足遠程監測的需求。

4）心率信號的接收。nRF905還具有接收信號的能力，因此筆者在設計無線信號接收器時，也選擇的nRF905。總的說來，在無線數據傳輸中，主要包括三種類型的系統，分別是點對點系統、點對多點系統以及多點對多點系統。筆者選擇的系統模式是點對點，這主要是因為本系統中數據終端的數量是1。

3 系統的軟件設計

本系統的軟件設計一共由三部分組成，分別如下：

3.1 主程序設計

主程序設計主要包括下述幾部分內容：第一，對程序的初始化進行合理的設計，為后續的軟件設計工作打好基礎；第二，調整nRF905的狀態，保證其可以正常接收信號。當nRF905正常運行時，如果有信號傳遞過來的話，此時信號會被進一步傳遞到LCD；如果沒有信號，nRF905就保持在查詢狀態。

3.2 nRF905軟件設計

在開展nRF905的軟件設計工作時，主要包括兩部分內容：第一，設計nRF905的讀寫程序，確保讀寫操作可以順利開展；第二，活動模式時序。

3.3 發送模式軟件設計和接收模式軟件設計

筆者選擇的模式是ShockBurst，該模式的主要優勢是當傳輸包開始工作之后，該模式總是能保證數據達到目的地，而且當一次傳輸工作結束之后，新的模式馬上開始又一輪的數據傳輸。在數據接收中發揮主要作用的是nRF905，nRF905可以根據實際需要變換模式。

4 系統性能測試

完成系統設計和構建工作之后，筆者對系統進行了測試，確保系統可以實現預期功能，具體測試過程如下：

4.1 誤碼率測試

在開展誤碼率的測試工作時，筆者選擇的測試地點是運動場，測試條件如下：第一，將發射機和接收機之間的距離控制在一百米；第二，將發射機的發射功率控制在10dBm；第三，將數據傳輸速率控制在75kBPS；第四，發射正弦信號之后，接收機對接收到的信號進行整理，最終得到本次測試的誤碼率，測試結果要比1/1000好，這說明本系統的誤碼率是可以接受的。

4.2 整機測試

整機測試是非常重要的額，通過整機測試可以了解系統的各項功能是否合理。筆者找了一些運動員來協助完成整機測試，測試結果是：心率數值為每一分鐘91次，St幅度的數值是45，這說明本系統可以正常運行。

5 結語

在本次研究中，筆者主要設計了一個運動員的遠程心率數據傳輸系統，測試結果表明該系統可以實現預期功能，提供遠動員的心率數據信息。

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作者簡介：趙田（1994-），男，陜西人。