1.引言
心臟病是嚴重威脅人類健康和生命的主要疾病之一。統計顯示約60％的心臟病人死于家中，這些病人如果能夠及時獲得搶救、護理，是完全可能避免死亡的。由于心臟病發作帶有很大的偶然性和突發性，將心電監護從病床、醫院擴展到社區、家庭實施遠程監護，無論是從減輕患者的經濟負擔，還是從增強醫院服務能力的角度考慮都具有重要的現實意義。
2 心電監護終端的硬件設計
從體積小、功耗低、操作簡便的角度設計心電監護終端硬件電路。圖1為整個監護終端的硬件框圖，主要由調理電路、心電數據采集模塊、ARM7微處理器模塊、網口模塊、電源模塊5部分組成。該監護終端完成心電信號的采集和預處理，并通過網口實時發送至監護中心服務器，從而實現遠程實時監護。
2．1 信號調理電路設計
人體心電信號是一種低頻微弱電信號，其幅值約10μV～5 mV，頻率范圍為0．05～100 Hz。需要放大上千倍(即達到V量級)才便于觀察以及A／D轉換，具體增益還需結合A／D轉換模塊的測量范同確定。通過心電導聯線獲取的心電信號首先經儀表放大器AD620進行差分放大，由于體表液體與電極之間可能形成原電池，致使電極之間存在固定電位差，因此第1級的差分放大增益不能太高，否則容易飽和．所以第1級增益選為20；為了使信號滿足A/D轉換要求，需將信號放大至V量級，因此設置次級放大增益為30，這里采用普通的四運放LM324。由于心電信號中常混有直流和基線漂移干擾，因此應在第1級和次級放大電路之間加高通濾波器，可有效避免心電信號的基線漂移，相應的高頻干擾信號可通過放大器輸入端電路和一個截止頻率為100 Hz的二階低通濾波器予以濾除。此外，通過陷波器濾除50 Hz工頻干擾。經上述信號處理后，心電信號接入微處理器LPC2210的P0．27引腳(AIN0)由其內部A／D轉換模塊完成A/D轉換。根據采樣定理，采樣頻率應保證高于其2倍，因此在A／D轉換中將采樣頻率設置為500 Hz。圖2為信號調理電路。
2．2 ARM7微處理器及外圍電路
LPC2210是PHILIPS公司開發的基于一個支持實時仿真和跟蹤的16／32位ARM7TDMI CPU的微控制器。該器件具有144引腳封裝、極低功耗、多個32位定時器、8路10位A/D轉換器、PWM輸出以及多達9個外部中斷，使其適用于工業控制、醫療系統、訪問控制和電子收款機(POS)。
該系統設計的A／D轉換部分采用LPC2210自帶的8通道10位A／D轉換模塊，簡化電路設計。由于LPC2210無片內Flash，且LPC2210片內SRAM僅有16 KB，考慮到系統中需加載一個嵌入式操作系統μC／OS-II和TCP／IP協議棧，16 KB空間遠遠不夠，所以片外加載一個SRAM IS61LV25616AL和一個Flash SST39VF160，具體電路如圖3所示。
2．3 網口電路
由于LPC2210不帶以太網接口控制器，因此需增加一塊以太網控制器實現以太網傳輸。目前比較常用的10 Mb／s嵌入式以太網器件有RTL8019、CS8900等，這里選用RTL8019AS。RTL8019AS是一款NE2000兼容的ISA總線以太網控制器，該器件的主要特點為：符合IEEE 802．310 Base2和1OBaseT標準；網絡傳輸速率為10 Mbit／s，支持CSMA／CD傳輸協議；自動奇偶檢測及糾錯；支持即插即用方式(PnP)和非即插即用方式(Non-PnP)，可通過軟件設置中斷、輸入和輸出地址等網絡參數；支持兩種接口類型，并能自動偵測介質類型，BNC端口用于連接同軸電纜，RJ45端口用于屏蔽雙絞線；支持全雙工模式；內建16 KB SRAM。
系統中RTL8019AS工作在跳線模式，其基地址為0x300。所以電路上RTL8019AS的引腳SA6,SA7，SA10～SA19均接地，SA9接電源，SA8與LPC2210地址總線A22相連，SA5與LPC2210的外部存儲器Bank3片選CS3相連。RTL8019AS與LPC2210的具體連接關系如表1所示。當SA8為1，SA5為0時，選中RTL8019AS，即LPC2210與RTL8019AS之間的映射關系是：0x83400000~0x8340001F，0x300~0x31F。
3 系統軟件設計
由于μC／OS-Ⅱ操作系統是源代碼公開的、共享的并且可移植性、可裁減性非常好，通過信號、郵箱及隊列能夠很好的實現任務問的實時通訊、系統同步及多任務間的管理和調度，所以這里選用μC／OS-Ⅱ嵌入式實時操作系統作為平臺。
首先進行μC／OS-II的移植，對μC／OS-II的移植實際上就是重寫或修改與處理器有關的代碼。主要是編寫OS_CPU．H，OS_CPU_ A．S，OS_CPU_C．C這3個文件。在完成μC／OS-Ⅱ代碼移植后，把TCP／IP協議棧加載到該系統中，即完成程序運行平臺的搭建工作。
該系統設計的主程序主要通過3個任務來實現，即在主函數main()中先利用OSInit()初始化μC／OS-Ⅱ操作系統，給應用程序中用到的消息隊列、信號量等清零，然后利用OSTaskCreateExt()創建第一個任務task0，通過OSStart()啟動操作系統的多任務調度機制，開始運行該系統的主要應用程序。
3個任務中，設置任務task0的優先級最高，任務task2的優先級最低。任務task0主要負責接收數據，調用RTL8019AS的驅動函數Rec_Packet()接收遠端計算機的連接請求(本地設置為服務器端)。若有請求幀，則設置消息隊列RecTcpQFlag，然后刪除任務本身；若沒有請求幀，則持續利用Rec_Packet()接收數據，直到接收到連接請求。task0的流程圖如圖4所示。
該系統設計的監護模塊與醫院內心電監護中心的心電實時監控服務器都工作于客戶/服務器模式下。在工作狀態下，心電數據接收轉發器客戶端應用程序，首先初始化以太網接口，然后主動與醫院內心電實時監控服務器建立連接；連接成功后，進入工作狀態，不斷接收心電數據，并通過已建立的連接將數據發送到心電實時監控服務器。
4 結論
由于采用嵌入式Internet技術，利用以太網傳輸被監護病人心電數據，理論上整個系統中被監護病人的個數無限制，只要網絡的帶寬和服務器的處理能力足夠強，就可以任意擴展。被監護病人既可位于醫院的病房，也可位于家庭、辦公室，只要該處有寬帶網接入端口即可。因此．該系統將大大增強和擴展醫院的醫療服務能力，同時也使更多的病人得到低成本和周到的心電監護服務，具有很高的推廣價值和顯著的社會經濟效益。
