【正文】 器進行協(xié)商管理。服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議在藍牙的連接中起到了關(guān)鍵的作用，這個協(xié)議主要用于設 備連接時的搜索設備上。通過該協(xié)議可以查詢到設備的類別以及設備所能提 供的服務種類，從而建立起設備的連接。串口線仿真協(xié)議可以在藍牙的基帶協(xié)議上模擬出 RS232 信號，做到使 用藍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 串口通信的設備提供服務。 MCU 與藍牙模塊通信本系統(tǒng)的設計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 計，系統(tǒng)的各個部分之間用無線藍牙代替了傳統(tǒng)的串口線進行數(shù)據(jù)傳輸，在 對比了各個無線通信方法后，最終選用了藍牙作為無線傳輸系統(tǒng)。利用藍牙 的電纜替代協(xié)議，數(shù)據(jù)在主機和心電采集電路板通過藍牙進行傳輸。 藍牙數(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 應 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是會產(chǎn)生過多的數(shù)據(jù)，而且藍牙的速度達不到傳輸大量數(shù)據(jù)的要求。所以，本設計設置了采樣率為 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)。要滿足本設計要求，首先藍牙的協(xié)議應能為此提供足夠的支 持 。由于 本 系 統(tǒng) 采 用 了 藍 牙 電 纜 替 代 協(xié) 議 ， 這 個 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。 藍牙模塊選用本系統(tǒng)所使用的藍牙通訊模塊為 LM01，該藍牙擁有 CSR 公司推出的 一塊 BlueCore4Ext 芯片，該模塊使用 了 藍 牙 版本 。 模 塊 能 夠 使 用 UART、USB、SPI、PCM、SPDIF 等接口，最關(guān)鍵的是能夠使用藍牙的 SPP 協(xié)議，而且價格便宜，集成度高，還有低功耗的優(yōu)勢。藍牙模塊已經(jīng)開發(fā)完 畢，不需要對模塊內(nèi)部進行二次開發(fā)，便于使用。 AT 指令介紹本設計使用的 LM01 藍牙能夠工作在兩種狀態(tài)，第一種為指令狀態(tài)， 這需要在模塊進入透傳前才能用下表所示的 AT 指令對其進行控制，使用者 可以通過有線連接的方式對藍牙的屬性進行配置，同時也可以控制藍牙的工 作方式，例如是否自動搜索、連接到指定地址、藍牙主從模式設定等；在另 一種即工作在透明傳輸?shù)臓顟B(tài)下，模塊能夠進行搜索，檢測附近的藍牙從模 塊并建立連接，或者連接到指定的藍牙地址，在該狀態(tài)中，藍牙忽略所有指 令，即使發(fā)送了控制指令，藍牙也會將該指令當作數(shù)據(jù)進行傳輸，而且會按 照已經(jīng)存儲在模塊內(nèi)的設置參數(shù)進行通信。因為系統(tǒng)使用的藍牙模塊可以根據(jù)需要對其工作角色手動指定。設置工 作角色有兩種方法，第一種為硬件設置法，另一種為軟件設置法。在模塊上通過模塊的 PIO( 4) 口控 制 藍 牙 是 否 允 許軟 件 設 置 法 。如果 這個 接口被接到 高電位上，則允許通過軟件對其進行工作角色設置；如果接到了低電位，則 只能 通過 硬件 對其 設 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入硬件所設定的角色。在硬件 設置 法 中 ， 通 過 藍牙 上 的 另 一 個 串 口 PIO(5) 對其 模式 進 行 設定。如果它被接到高電位上，那么藍牙會工作在主模式，此時只能搜索從模 塊，不能被其他模塊搜索；若接到低電位上，藍牙工作在從模式，這時藍牙 不能搜索其他模塊，只能等待連接。本設計所使用的藍牙采用了軟件設置法，將模塊設置為允許軟件配置， 藍牙就可以接受下表 AT 指令的控制。表 41 常用的 AT 指令設置：功能AT 指令模塊應答說明測 試 是 否 進 入 AT 模式ATOK當模塊返回 AT時 表 明 已 進 入 AT 模式模塊命名AT+NAMEPara11.+NAME=Para1OKPara1：設備名稱AT+NAME Para1=Error_Code命 名 成 功 則 返 回模 塊 名 稱 ， 否 則返回錯誤代碼波特率設置AT+BAUDPara11.+BAUD=Para1OK=Error_Code設 置 成 功 則 放 回波 特 率 代 碼 ， 否則返回錯誤代碼主 從 模 式 設 置AT+ROLE Para11.+ROLE=Para1OK=Error_Code返回 Para1 ： 0從設備1主設備PIN 碼設置AT+PIN Para11.+PIN=Para1=Error_Code返回Para1：配對碼 藍牙與 MCU 連接設計中采用的藍牙模塊為串口類型的，可直接和藍牙連接，因此將藍牙 的 數(shù)據(jù) 發(fā)送端（ TDX ） 與 數(shù)據(jù) 接收端 （ RDX ） 和 單 片 機 的 數(shù) 據(jù) 接 收 端（RDX）和發(fā) 送端 （ TDX）連接 ，地 線 （ GND）和電源（ VCC）與藍牙模 塊上對應的引腳連接好即可，同時應設置好相應的波特率，便可與 MCU 正 常通信。藍牙模塊與 MCU 的連接示意圖如圖 42 所示圖 42 藍牙與 MCU 連接示意圖 測試與實驗 軟件應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，采用精確的算法計算出心率，并且可以手動選 擇濾波類型以及導聯(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 藍牙配置將藍牙通過 USB 轉(zhuǎn) TTL 下載器連接到 PC 上，打開串口調(diào)試工具，設 置好主機相應的串口號、波特率、奇偶校驗位即可對藍牙模塊進行操作。通 過 AT 指令，對藍牙設置通信波特率為 38400，數(shù)據(jù)位為 8 位，一位停止 位，沒有奇偶校驗位。至此，藍牙的設置結(jié)束。此時可以看到藍牙正在進行 自動連接，如圖 44 所示。圖 44 藍牙連接 數(shù)據(jù)通信等待藍牙配對并建立連接后，藍牙會進入透傳狀態(tài)，這時通過串口調(diào)試 工具對其進行設置是無效的，此時藍牙即相當于一條串口線，可通過其電纜 替代協(xié)議通過藍牙進行數(shù)據(jù)透傳。用串口調(diào)試工具可看到藍牙收到的數(shù)據(jù)。 根據(jù)通信協(xié)議，此時心電板會一直發(fā)送 0xff，0xff 請求信號，系統(tǒng)機收到后 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)機軟件總體運行良好，如圖 45 心電波形也較為正常。圖 45 心電波形 本章小結(jié)本章主要介紹了藍牙的發(fā)展歷程以及藍牙的協(xié)議，并且論證了系統(tǒng)采用 藍牙作為無線傳輸模塊的可行性。詳細介紹了對藍牙的配置以及建立系統(tǒng)機 與采集模塊的藍牙通信連接，以及軟件的說明和操作，最后的實驗證明系統(tǒng) 的可行性。第5章 總結(jié)與展望 本文研究工作總結(jié)心電圖機是心電臨床檢查中的常用設備，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，價格昂 貴等缺點，本系統(tǒng)設計的基于藍牙的心電儀采集設備有效地解決以上問題， 并且能夠?qū)崿F(xiàn)心電信號采集的實時性，并具有低成本的特點， 心電采集模塊 及處理和顯示分開，再加上使用了藍牙無線技術(shù)能夠提高設備的便攜性，不 再需要過多的數(shù)據(jù)線。經(jīng)過試驗結(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 幾個方面的 工作 :研究 心電信號的 特點和來 源 ；在了解系統(tǒng)需求后，設計能滿足相應指標的心電硬件采集模塊；設計相應的采 集軟件，使用了較好的濾波算法和心率算法；對系統(tǒng)進行調(diào)試，結(jié)果較為符 合要求。 進一步的工作和建議在系統(tǒng)的運行中，雖能滿足系統(tǒng)的總體設計要求，由于本人時間及精力 有限難免會存在不足，對未來研究方向做出幾點展望：由 于 整 個 系 統(tǒng) 的 設 計 較 為 復雜 ， 所 涉 及 到 的 知 識 面 比 較 廣 ， 不 易 于 實 現(xiàn)，為了節(jié)約時間，后期可以在移動終端開發(fā)心電信號處理軟件，可以更進 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 牙 的 丟 包 問 題，藍牙的不定時丟包可能會導致軟件的奔潰；本文設計的系統(tǒng)體積還不夠 小，后期將電路板重新布局，并把藍牙模塊集成到系統(tǒng)中；系統(tǒng)功耗還不足 夠低，后期和采用更低功耗的 MCU 和藍牙模塊，優(yōu)化系統(tǒng)功耗性能。參考文獻[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， 20110513008.[2] Android 系統(tǒng)的藍牙無線動態(tài)心電監(jiān)護系統(tǒng)設計[D].天津大 學，2014.[3] Android 的便攜式心電儀的設計與實現(xiàn)[D].吉林大 學，2014.[4] 于 藍 牙 通 訊 的 便 攜 式 心 電 監(jiān) 測 儀 的 設 計 與 實 現(xiàn) [D].西安工業(yè) 大學，2014.[5] [J].臨床醫(yī)藥文獻電子雜志，2015，27:5766.[6] 田福 英， 沈 鐵明 ， 劉 博宇 .基于 藍牙 傳 輸?shù)?手機 心電 監(jiān) 護系 統(tǒng) 設 計與 實 現(xiàn)中國醫(yī)學物理學雜志，2013，04:43034306.[7] 牙 技 術(shù) 在 便 攜 式 心 電 監(jiān) 測 儀 中 的 應 用 研 究 [D].哈爾濱工程大 學，2008.[8] [D].東華大學，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，2003.[10] ECG 自動分析[D].山東大學，2005.[11]韓 穿 戴 式 遠 程 醫(yī) 療 系 統(tǒng) 用 戶 端 心 電 信 號 的 實 時 檢 測 [D].重慶大 學，2008.[12] Android 系統(tǒng)的藍牙無線動態(tài)心電監(jiān)護系統(tǒng)設計[D].天津大 學，2014.[13][D].武漢理工大學，2014.[14] 態(tài) 心 電 監(jiān) 護 系 統(tǒng) 及 心 電 信 號 處 理 方 法 的 研 究 [D].山東科技大 學，2011. [15][D].山東大學，2007. [16][D].浙江大學，2004. [17] 于 藍 牙 標 準 的 點 到 多 點 音 視 頻 傳 輸 技 術(shù) 的 研 究 與 設 計 [D].北京工業(yè)大學，2009.[18] 傳輸?shù)?Android 手機心電監(jiān)護系統(tǒng)[D].浙江大學，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，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，2008. [24]黃磊，萬遂人， MSP430 的便攜式無線心電監(jiān)護儀的設計[J].中國醫(yī)學物理學雜志，2009，01:990994.[25]萬里，張躍，[J].計算 機工程，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