摘 要： 針對亟待解決的獨居老人監護的社會問題，設計了獨居老人無線家庭監護系統。該系統通過醫用電極采集受監護老人的生理信號,信號經過微弱信號放大電路及單片機處理后，通過無線收發模塊將數據以無線的方式傳送到小區監護中心。小區監護醫生對老人進行每日的日常監護，一旦發生異常，監護系統立刻發生報警，通知急救人員進行救援。測試結果表明，系統性能穩定，能夠對監護對象的脈搏、血壓和心率進行實時監控。
關鍵詞：無線監護; AGC; 微弱信號放大; AD623
隨著信息科技的不斷發展，醫療信息化成為國內外廣泛關注的焦點，逐漸形成了電子醫療這一研究領域。實時的醫療監控會更好地引導人們養成良好的生活習慣，變治病為防病，因此無線遠程家庭監護系統有很廣泛的應用價值[1]。
本文運用微弱信號實時檢測技術采集受監護老人的脈搏、血壓、心率信號，通過無線收發模塊將監控病人的生理參數傳送至小區的監控中心。當老年人在家突發疾病導致生理信號出現異常時，監控中心會在第一時間做出反應，派出急救人員對患者進行搶救和治療。通過此裝置可有效降低錯失最佳救治時間而帶來的巨大風險，大大提高了醫療救治的效率。
1 監護系統的結構
心電傳感器采集的心電信號頻率主要集中在0.05~ 100 Hz，幅度為10 μV~4 mV(典型值為1 mV)，是一種低頻率的微弱雙極性信號[2]。它淹沒在許多較強的干擾和噪聲之中。因此，要實現心電信號的精確測量，必須設計出性能優良的前置級放大電路。該電路由前置放大器和濾波器構成，經放大后的信號送入單片機AD端口進行模/數轉換處理,然后采用無線收發模塊將信號傳輸至小區監控中心[3]。圖1為系統原理框圖。
2 監護系統的組成
2.1 微弱信號放大器
AD623是一種采用8腳工業標準封裝、集成的單電源(3~12 V)儀表放大器。放大器的增益由一個外接電阻設置，使用極為方便。在不接增益電阻時,增益為1;外接電阻時，增益可達到1 000[4]。該芯片具有優良的AC CMRR，即便在增益不斷增加的情況下，仍能保持誤差最小,電源噪聲以及電源諧波都能得到很好的抑制。AD623的輸人共模范圍很寬,能夠放大150 mV的共模信號。圖2給出了微弱信號放大器的電路原理圖。微弱小信號放大器電路采用兩級放大,利用外接增益電阻方式控制放大倍數, 本電路外接電阻為1.02 kΩ, 理論上放大信號2 000倍[5]。
2.3 無線傳輸模塊
監護系統數據的無線傳輸由XL02-232AP1模塊實現。該模塊是UART接口的半雙工無線傳輸模塊，可以工作在433 MHz公用頻段，符合歐洲ETSI（EN300-220-1 和EN301-439-3）標準，滿足無線管制要求，無需申請頻率使用許可證。
XL02-232AP1模塊使用+5 V直流電源供電，最大工作電流不超過60 mA, 工作頻率為428.5~435.1 MHz，調制方式為FSK。本設計中該模塊工作頻率設置為433.92 MHz，發射功率為15 dBm，串口速率為9.6 kb/s[7]。
接通電源,運行發射接收程序,在發射數據時XL02-232AP1模塊紅燈閃爍,接收到數據后XL02-232AP1模塊綠燈閃爍。
2.4 AGC模塊
由于電波傳播衰落等各種因素的影響，接收機所接收的信號強弱變化范圍很大。AGC電路的主要功能是根據輸入信號電平的大小調整接收機的增益，從而使輸出信號電平保持穩定，確保接收系統的高靈敏度，避免漏報現象[8]。系統以壓控增益放大器VCA810為核心，運放OPA620用作比較器，通過比較VCA810輸出電壓和設置的電壓，實現增益可控放大器，圖4給出了AGC電路原理圖[9]。當VF1>V3時，比較器輸出正電壓，對電容進行充電，從而使電容兩端的電壓增大（電壓為負，其絕對值減小），導致VCA810的控制電壓Vc增大，從而使VCA810的增益減小，實現了負反饋；當VF1<V3時，AGC電路的工作過程與上述相反[10]。
4 系統測試結果
表1、表2分別給出了微弱信號放大電路、AGC電路的測試結果，圖6、圖7為實測波形。測試結果表明，微弱信號放大器的增益達到接近2 000,AGC電路可以穩定0.33 V~20 V(p-p)的電壓,系統性能穩定，滿足設計要求。
經過實際測量，此系統工作性能良好，無線傳輸距離可達到30 m，接收端接收信號完整不失真，此系統具有良好的實際應用價值。
參考文獻
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