摘   要： 針對亟待解決的獨居老人監(jiān)護的社會問題，設計了獨居老人無線家庭監(jiān)護系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過醫(yī)用電極采集受監(jiān)護老人的生理信號,信號經(jīng)過微弱信號放大電路及單片機處理后，通過無線收發(fā)模塊將數(shù)據(jù)以無線的方式傳送到小區(qū)監(jiān)護中心。小區(qū)監(jiān)護醫(yī)生對老人進行每日的日常監(jiān)護，一旦發(fā)生異常，監(jiān)護系統(tǒng)立刻發(fā)生報警，通知急救人員進行救援。測試結(jié)果表明，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，能夠?qū)ΡO(jiān)護對象的脈搏、血壓和心率進行實時監(jiān)控。
關鍵詞：無線監(jiān)護; AGC; 微弱信號放大; AD623

    隨著信息科技的不斷發(fā)展，醫(yī)療信息化成為國內(nèi)外廣泛關注的焦點，逐漸形成了電子醫(yī)療這一研究領域。實時的醫(yī)療監(jiān)控會更好地引導人們養(yǎng)成良好的生活習慣，變治病為防病，因此無線遠程家庭監(jiān)護系統(tǒng)有很廣泛的應用價值[1]。
    本文運用微弱信號實時檢測技術(shù)采集受監(jiān)護老人的脈搏、血壓、心率信號，通過無線收發(fā)模塊將監(jiān)控病人的生理參數(shù)傳送至小區(qū)的監(jiān)控中心。當老年人在家突發(fā)疾病導致生理信號出現(xiàn)異常時，監(jiān)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(yī)療救治的效率。
1 監(jiān)護系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
    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(xiàn)心電信號的精確測量，必須設計出性能優(yōu)良的前置級放大電路。該電路由前置放大器和濾波器構(gòu)成，經(jīng)放大后的信號送入單片機AD端口進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換處理,然后采用無線收發(fā)模塊將信號傳輸至小區(qū)監(jiān)控中心[3]。圖1為系統(tǒng)原理框圖。

2 監(jiān)護系統(tǒng)的組成
2.1 微弱信號放大器
    AD623是一種采用8腳工業(yè)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(yōu)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(shù), 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(jiān)護系統(tǒng)數(shù)據(jù)的無線傳輸由XL02-232AP1模塊實現(xiàn)。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(diào)制方式為FSK。本設計中該模塊工作頻率設置為433.92 MHz，發(fā)射功率為15 dBm，串口速率為9.6 kb/s[7]。
    接通電源,運行發(fā)射接收程序,在發(fā)射數(shù)據(jù)時XL02-232AP1模塊紅燈閃爍,接收到數(shù)據(jù)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(jù)輸入信號電平的大小調(diào)整接收機的增益，從而使輸出信號電平保持穩(wěn)定，確保接收系統(tǒng)的高靈敏度，避免漏報現(xiàn)象[8]。系統(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)測試結(jié)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(jié)果，圖6、圖7為實測波形。測試結(jié)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(wěn)定0.33 V~20 V(p-p)的電壓,系統(tǒng)性能穩(wěn)定，滿足設計要求。

    經(jīng)過實際測量，此系統(tǒng)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(tǒng)具有良好的實際應用價值。                                   
參考文獻
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