【正文】 器進(jìn)行協(xié)商管理。服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議在藍(lán)牙的連接中起到了關(guān)鍵的作用，這個(gè)協(xié)議主要用于設(shè) 備連接時(shí)的搜索設(shè)備上。通過該協(xié)議可以查詢到設(shè)備的類別以及設(shè)備所能提 供的服務(wù)種類，從而建立起設(shè)備的連接。串口線仿真協(xié)議可以在藍(lán)牙的基帶協(xié)議上模擬出 RS232 信號，做到使 用藍(lán)牙仿真串口線的功能。這也是本系統(tǒng)所使用的主要協(xié)議，它還能對使用 串口通信的設(shè)備提供服務(wù)。 MCU 與藍(lán)牙模塊通信本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相比于其他心電采集系統(tǒng)最主要的優(yōu)勢 就是采用了無線設(shè) 計(jì)，系統(tǒng)的各個(gè)部分之間用無線藍(lán)牙代替了傳統(tǒng)的串口線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在 對比了各個(gè)無線通信方法后，最終選用了藍(lán)牙作為無線傳輸系統(tǒng)。利用藍(lán)牙 的電纜替代協(xié)議，數(shù)據(jù)在主機(jī)和心電采集電路板通過藍(lán)牙進(jìn)行傳輸。 藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸可行性分析通常，人體的心跳頻率大概為每分鐘五十至七十次，心跳頻率理論上為1Hz 上 下。 所 以， 在 測量 時(shí) 應(yīng) 選取 較 高的 采樣 率 才 能保 證 心電 圖 采集 的質(zhì) 量，但是，較高的采樣頻率所帶來的缺點(diǎn)是會產(chǎn)生過多的數(shù)據(jù)，而且藍(lán)牙的速度達(dá)不到傳輸大量數(shù)據(jù)的要求。所以，本設(shè)計(jì)設(shè)置了采樣率為 250 赫茲。 由于模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片為 7 通道，系統(tǒng)采樣所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)每秒大概 279 字節(jié)，在 數(shù)據(jù)的傳輸過程中還需加上藍(lán)牙通信中的信息，所以系統(tǒng)所產(chǎn)生的總數(shù)據(jù)為 每秒 450 字節(jié)。要滿足本設(shè)計(jì)要求，首先藍(lán)牙的協(xié)議應(yīng)能為此提供足夠的支 持 。由于 本 系 統(tǒng) 采 用 了 藍(lán) 牙 電 纜 替 代 協(xié) 議 ， 這 個(gè) 協(xié) 議 能夠 提 供 波 特 率 為38400 赫茲的通信，能夠符合數(shù)據(jù)傳輸所需要的要求。 藍(lán)牙模塊選用本系統(tǒng)所使用的藍(lán)牙通訊模塊為 LM01，該藍(lán)牙擁有 CSR 公司推出的 一塊 BlueCore4Ext 芯片，該模塊使用 了 藍(lán) 牙 版本 。 模 塊 能 夠 使 用 UART、USB、SPI、PCM、SPDIF 等接口，最關(guān)鍵的是能夠使用藍(lán)牙的 SPP 協(xié)議，而且價(jià)格便宜，集成度高，還有低功耗的優(yōu)勢。藍(lán)牙模塊已經(jīng)開發(fā)完 畢，不需要對模塊內(nèi)部進(jìn)行二次開發(fā)，便于使用。 AT 指令介紹本設(shè)計(jì)使用的 LM01 藍(lán)牙能夠工作在兩種狀態(tài)，第一種為指令狀態(tài)， 這需要在模塊進(jìn)入透傳前才能用下表所示的 AT 指令對其進(jìn)行控制，使用者 可以通過有線連接的方式對藍(lán)牙的屬性進(jìn)行配置，同時(shí)也可以控制藍(lán)牙的工 作方式，例如是否自動搜索、連接到指定地址、藍(lán)牙主從模式設(shè)定等；在另 一種即工作在透明傳輸?shù)臓顟B(tài)下，模塊能夠進(jìn)行搜索，檢測附近的藍(lán)牙從模 塊并建立連接，或者連接到指定的藍(lán)牙地址，在該狀態(tài)中，藍(lán)牙忽略所有指 令，即使發(fā)送了控制指令，藍(lán)牙也會將該指令當(dāng)作數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，而且會按 照已經(jīng)存儲在模塊內(nèi)的設(shè)置參數(shù)進(jìn)行通信。因?yàn)橄到y(tǒng)使用的藍(lán)牙模塊可以根據(jù)需要對其工作角色手動指定。設(shè)置工 作角色有兩種方法，第一種為硬件設(shè)置法，另一種為軟件設(shè)置法。在模塊上通過模塊的 PIO( 4) 口控 制 藍(lán) 牙 是 否 允 許軟 件 設(shè) 置 法 。如果 這個(gè) 接口被接到 高電位上，則允許通過軟件對其進(jìn)行工作角色設(shè)置；如果接到了低電位，則 只能 通過 硬件 對其 設(shè) 置 ， 用軟件發(fā)送 AT 指令 修改 工作 角色 雖 然會 立即 生 效，但是重新上電后模塊又會進(jìn)入硬件所設(shè)定的角色。在硬件 設(shè)置 法 中 ， 通 過 藍(lán)牙 上 的 另 一 個(gè) 串 口 PIO(5) 對其 模式 進(jìn) 行 設(shè)定。如果它被接到高電位上，那么藍(lán)牙會工作在主模式，此時(shí)只能搜索從模 塊，不能被其他模塊搜索；若接到低電位上，藍(lán)牙工作在從模式，這時(shí)藍(lán)牙 不能搜索其他模塊，只能等待連接。本設(shè)計(jì)所使用的藍(lán)牙采用了軟件設(shè)置法，將模塊設(shè)置為允許軟件配置， 藍(lán)牙就可以接受下表 AT 指令的控制。表 41 常用的 AT 指令設(shè)置：功能AT 指令模塊應(yīng)答說明測 試 是 否 進(jìn) 入 AT 模式ATOK當(dāng)模塊返回 AT時(shí) 表 明 已 進(jìn) 入 AT 模式模塊命名AT+NAMEPara11.+NAME=Para1OKPara1：設(shè)備名稱AT+NAME Para1=Error_Code命 名 成 功 則 返 回模 塊 名 稱 ， 否 則返回錯(cuò)誤代碼波特率設(shè)置AT+BAUDPara11.+BAUD=Para1OK=Error_Code設(shè) 置 成 功 則 放 回波 特 率 代 碼 ， 否則返回錯(cuò)誤代碼主 從 模 式 設(shè) 置AT+ROLE Para11.+ROLE=Para1OK=Error_Code返回 Para1 ： 0從設(shè)備1主設(shè)備PIN 碼設(shè)置AT+PIN Para11.+PIN=Para1=Error_Code返回Para1：配對碼 藍(lán)牙與 MCU 連接設(shè)計(jì)中采用的藍(lán)牙模塊為串口類型的，可直接和藍(lán)牙連接，因此將藍(lán)牙 的 數(shù)據(jù) 發(fā)送端（ TDX ） 與 數(shù)據(jù) 接收端 （ RDX ） 和 單 片 機(jī) 的 數(shù) 據(jù) 接 收 端（RDX）和發(fā) 送端 （ TDX）連接 ，地 線 （ GND）和電源（ VCC）與藍(lán)牙模 塊上對應(yīng)的引腳連接好即可，同時(shí)應(yīng)設(shè)置好相應(yīng)的波特率，便可與 MCU 正 常通信。藍(lán)牙模塊與 MCU 的連接示意圖如圖 42 所示圖 42 藍(lán)牙與 MCU 連接示意圖 測試與實(shí)驗(yàn) 軟件應(yīng)用程序軟件方面采用了 VC++編寫，主要的作用為將接收到的數(shù)據(jù)包解析，并 且通過函數(shù)繪制出心電波形，采用精確的算法計(jì)算出心率，并且可以手動選 擇濾波類型以及導(dǎo)聯(lián)的相關(guān)參數(shù)，界面美觀，操作簡便。軟件界面如圖 43 所示。圖 43 軟件界面 藍(lán)牙配置將藍(lán)牙通過 USB 轉(zhuǎn) TTL 下載器連接到 PC 上，打開串口調(diào)試工具，設(shè) 置好主機(jī)相應(yīng)的串口號、波特率、奇偶校驗(yàn)位即可對藍(lán)牙模塊進(jìn)行操作。通 過 AT 指令，對藍(lán)牙設(shè)置通信波特率為 38400，數(shù)據(jù)位為 8 位，一位停止 位，沒有奇偶校驗(yàn)位。至此，藍(lán)牙的設(shè)置結(jié)束。此時(shí)可以看到藍(lán)牙正在進(jìn)行 自動連接，如圖 44 所示。圖 44 藍(lán)牙連接 數(shù)據(jù)通信等待藍(lán)牙配對并建立連接后，藍(lán)牙會進(jìn)入透傳狀態(tài)，這時(shí)通過串口調(diào)試 工具對其進(jìn)行設(shè)置是無效的，此時(shí)藍(lán)牙即相當(dāng)于一條串口線，可通過其電纜 替代協(xié)議通過藍(lán)牙進(jìn)行數(shù)據(jù)透傳。用串口調(diào)試工具可看到藍(lán)牙收到的數(shù)據(jù)。 根據(jù)通信協(xié)議，此時(shí)心電板會一直發(fā)送 0xff，0xff 請求信號，系統(tǒng)機(jī)收到后 向心電板發(fā)送初始化命令。打開系統(tǒng)軟件即可看到心電波形。從波形中可以 看出系統(tǒng)機(jī)軟件總體運(yùn)行良好，如圖 45 心電波形也較為正常。圖 45 心電波形 本章小結(jié)本章主要介紹了藍(lán)牙的發(fā)展歷程以及藍(lán)牙的協(xié)議，并且論證了系統(tǒng)采用 藍(lán)牙作為無線傳輸模塊的可行性。詳細(xì)介紹了對藍(lán)牙的配置以及建立系統(tǒng)機(jī) 與采集模塊的藍(lán)牙通信連接，以及軟件的說明和操作，最后的實(shí)驗(yàn)證明系統(tǒng) 的可行性。第5章 總結(jié)與展望 本文研究工作總結(jié)心電圖機(jī)是心電臨床檢查中的常用設(shè)備，醫(yī)生可通過心電檢查的結(jié)果對 患者的心臟情況作出診斷。常用的心電圖的檢測一般都具有體積大，價(jià)格昂 貴等缺點(diǎn)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基于藍(lán)牙的心電儀采集設(shè)備有效地解決以上問題， 并且能夠?qū)崿F(xiàn)心電信號采集的實(shí)時(shí)性，并具有低成本的特點(diǎn)， 心電采集模塊 及處理和顯示分開，再加上使用了藍(lán)牙無線技術(shù)能夠提高設(shè)備的便攜性，不 再需要過多的數(shù)據(jù)線。經(jīng)過試驗(yàn)結(jié)果測試，本系統(tǒng)能正確檢測心電波形，可看到清晰的 QRS波群，并且能有效濾除雜波的干擾。 本文主要完 成了以下 幾個(gè)方面的 工作 :研究 心電信號的 特點(diǎn)和來 源 ；在了解系統(tǒng)需求后，設(shè)計(jì)能滿足相應(yīng)指標(biāo)的心電硬件采集模塊；設(shè)計(jì)相應(yīng)的采 集軟件，使用了較好的濾波算法和心率算法；對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，結(jié)果較為符 合要求。 進(jìn)一步的工作和建議在系統(tǒng)的運(yùn)行中，雖能滿足系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)要求，由于本人時(shí)間及精力 有限難免會存在不足，對未來研究方向做出幾點(diǎn)展望：由 于 整 個(gè) 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 較 為 復(fù)雜 ， 所 涉 及 到 的 知 識 面 比 較 廣 ， 不 易 于 實(shí) 現(xiàn)，為了節(jié)約時(shí)間，后期可以在移動終端開發(fā)心電信號處理軟件，可以更進(jìn) 一步提高 硬件 的 智 能 化 和 小 型 化 ， 提 高 系 統(tǒng) 的 便 攜 性 ；解決 藍(lán) 牙 的 丟 包 問 題，藍(lán)牙的不定時(shí)丟包可能會導(dǎo)致軟件的奔潰；本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)體積還不夠 小，后期將電路板重新布局，并把藍(lán)牙模塊集成到系統(tǒng)中；系統(tǒng)功耗還不足 夠低，后期和采用更低功耗的 MCU 和藍(lán)牙模塊，優(yōu)化系統(tǒng)功耗性能。參考文獻(xiàn)[1] 世衛(wèi) . 非 傳 染 性 疾 病 是 人 類 健 康 最 大 威 脅 [N]. 中國醫(yī)藥報(bào)， 20110513008.[2] Android 系統(tǒng)的藍(lán)牙無線動態(tài)心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].天津大 學(xué)，2014.[3] Android 的便攜式心電儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].吉林大 學(xué)，2014.[4] 于 藍(lán) 牙 通 訊 的 便 攜 式 心 電 監(jiān) 測 儀 的 設(shè) 計(jì) 與 實(shí) 現(xiàn) [D].西安工業(yè) 大學(xué)，2014.[5] [J].臨床醫(yī)藥文獻(xiàn)電子雜志，2015，27:5766.[6] 田福 英， 沈 鐵明 ， 劉 博宇 .基于 藍(lán)牙 傳 輸?shù)?手機(jī) 心電 監(jiān) 護(hù)系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì)與 實(shí) 現(xiàn)中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2013，04:43034306.[7] 牙 技 術(shù) 在 便 攜 式 心 電 監(jiān) 測 儀 中 的 應(yīng) 用 研 究 [D].哈爾濱工程大 學(xué)，2008.[8] [D].東華大學(xué)，2013.[9] 羅小 電信 號 處理 和特 征信 息 提取 方 法 的研 究及 心 電工 作 站 的研 制 重慶大學(xué)，2003.[10] ECG 自動分析[D].山東大學(xué)，2005.[11]韓 穿 戴 式 遠(yuǎn) 程 醫(yī) 療 系 統(tǒng) 用 戶 端 心 電 信 號 的 實(shí) 時(shí) 檢 測 [D].重慶大 學(xué)，2008.[12] Android 系統(tǒng)的藍(lán)牙無線動態(tài)心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].天津大 學(xué)，2014.[13][D].武漢理工大學(xué)，2014.[14] 態(tài) 心 電 監(jiān) 護(hù) 系 統(tǒng) 及 心 電 信 號 處 理 方 法 的 研 究 [D].山東科技大 學(xué)，2011. [15][D].山東大學(xué)，2007. [16][D].浙江大學(xué)，2004. [17] 于 藍(lán) 牙 標(biāo) 準(zhǔn) 的 點(diǎn) 到 多 點(diǎn) 音 視 頻 傳 輸 技 術(shù) 的 研 究 與 設(shè) 計(jì) [D].北京工業(yè)大學(xué)，2009.[18] 傳輸?shù)?Android 手機(jī)心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)[D].浙江大學(xué)，2013.[19] 電 圖 形 態(tài) 特 征 的 識 別 及 其 在 分 類 中 的 作 用 研 究 [D].華東師范 大學(xué)，2011.[20]Mahmoud SS, Hussain Z M, Cosic I. et al. Time frequency analysis of normal and abnormal biological signals [J]. Biome dical Signal Processing and Control, 2006,1(1):3343.[21]Hickson I, Hyatt D. HTML5: A vocabulary and aciated APIs for HTML andXHTML[J]. W3C Working Draft, 2010, 19.[22]Gabriel V, Fedor L. Modern approach in multiple patients ECGmonitoring[C]. [23][D].北京工業(yè)大學(xué)，2008. [24]黃磊，萬遂人， MSP430 的便攜式無線心電監(jiān)護(hù)儀的設(shè)計(jì)[J].中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2009，01:990994.[25]萬里，張躍，[J].計(jì)算 機(jī)工程，2010，15:291293.[26],LSamblasPena. A Microcontrollerbased Portable Electrocardiograph System. 10th IEEE International Conference on Electronics,Circuits and Systems . 2003附 錄附圖一：心電采集模塊電路圖附圖一：PCB制版電路圖