基于蓝牙通信的心电系统

徐爱唯　吴淑珊　左静　王麒骥　余城均　赵睿

摘要：随着科技发展和生活水平的不断提高，人们的健康意识也在不断提升，医疗资源不足等问题的暴露使家庭监护产品的出现和发展成为必然。为了充分发挥心电实时监护的特点，本文将详细介绍一种基于蓝牙通信协议的无线通信，将心电信号传输到PC端的监护系统的总体设计和主要原理，并对整体系统进行总结、展望其发展前景。

关键词：蓝牙；心电监护；BM101

1 选题背景

现代生活的压力越来越大，人们的生活节奏也越来越快，很多不健康的生活方式随之出现，心脏病、高血压等疾病的发病率不断升高，这种情况使人们对心电监护的需求越来越大。目前市场在售的心电监护设备主要有两种：一是较大屏幕、运算能力较强，但这种检测仪的体积过大，便携性较差且价格昂贵，一般家庭无法承担；二是较为便宜且便于携带，但分辨率低、运算能力较弱、网络传输能力差，不利于医疗效果的实现，而且某些手执型检测仪受运动时肌肉信号的干扰较大。这两种监护设备都不能满足日常家庭生活中心电监护的特点，因此设计一种便携式、可供家庭使用的心电监护系统是十分必要的。

2 总体设计

如图1所示，整个系统主要由信号采集模块、蓝牙通信模块和Pc显示端组成。由信号采集模块中的生理传感器检测到生理信号，并把生理信号转化为微弱的电信号，通过对电信号进行放大、滤波、隔离等预处理得到模拟心电信号，然后再将模拟的心电信号通过A/D转换器得到16位数字比特流，再经过数字滤波器整理后将数字信号送入基于蓝牙通信协议的通信模块，与PC端中UART平台相连接，最终在PC端上显示和处理。

3 具体实现

3.1 信号采集模块的实现

心电信号的采集利用集成芯片BM101完成，其主要由模拟前端采集模块和数字信号处理模块两部分组成，通过此芯片可采集UV级到MV级不等的心电信号，并在其内部通过一系列处理得到比较清晰的数字信号。

3.1.1 模拟前端

模拟前端主要由低噪声放大器和模数转换器组成。传感器接收到低振幅的差分输入信号，由于其包含缓慢变化的直流分量，将其依次通过全集成高通滤波器和可编程低噪声放大器进行消除和放大处理，最后将处理好的16位ADC数字比特流送入数字信号处理模块。

3.1.2 数字信号处理模块

16位ADC数字比特流先后通过陷波滤波器和数字低通滤波器，其中陷波滤波器特别定制用于减弱频率在50HZ和H60HZ的信号，通常减少63dB左右；数字低通滤波器设置的截止频率为100Hz，用于提供一个稳定的通带截止频率，而最终在停止频率减少40dB，经过一系列处理得到了数据。

3.2 蓝牙通信模块

下位机与上位机的连接要依靠与心电信号接收端相连接的蓝牙通信模块和PC端上的UART平台，因为蓝牙协议的传输距离远，且UART平台具有软件消耗小、通信协议简单等特点，这样心电信号可以有效且高效地在10米内传到PC端。

3.2.1 蓝牙协议

蓝牙通信模块将接收到前端传来的心电信号，利用蓝牙代替传统有线的串口数据传递，大大增强了心电仪的空间移动性。

3.2.2 UART平台

UART作为主要的数据传输平台，其主要以数据包方式传送数据，其中设置为1个起始位、8个数据位、1个停止位格式。数据包被发送为一个异步串行流，每个数据包由3部分组成，即头文件、数据的有效载荷、CRC校验字节。

（1）头文件的组成。头文件由3个字节组成，即两个同步字节（0xAA、0xAA）和一个有效载荷长度字节。两个同步字节用信号表示一个数据包的到达，有效载荷长度字节表示数据包的有效载荷长度。

（2）数据有效载荷。数据有效载荷本身由一系列连续的数据流组成。解析数据有效载荷是完成对所有数据流的解析过程。

（3）CRC检验字节。一个数据包的CRC校验用于验证数据包的有效载荷数据的完整性。所有接收到的数据包都要接受CRC检验。如果结果不匹配，将会被视为无效丢弃；如果结果相匹配，则该数据包将会被保留。CRC检验对心电信号显示的准确性具有重要的意义。

3.3 PC显示端

此次上位机部分编程采用了C语言，主要实现功能为心电信号的接收、显示等。当启用电脑上安装好的蓝牙驱动后，可与蓝牙通信模块相匹配，接收到实时心电数据，并实现显示功能，具体运用面向对象的方法设计出一个“队列”。

4 总结与展望

整个系统从设计到实现的过程得到了很好的实现，但是这仅仅实现了采集心电的一个方面，今后可将人体的其他生理参数，如呼吸、体温、脉搏等都利用无线通信传递到PC端，对人体的健康实现全面监控。