2 系统构造
该遥测心电监护仪可同时监护1～12个床位．系统构造框图如图1所示．个中与PC机相连的S3C2410A作为中央躲护端．其功能是通报由PC机发出的命令，与监护各个床位的监护终端进行通信，将各个临护终端所采集到的数据汇总到中央监护端，并通过USB口传递给Pc机。监护一个床位的便携式心电监护终端作为终端节点，功能是采集心电旗子暗记，对采集到的数据进行必要的处理，同时当收到中央监护真个命令时，做出回应。
图1 系统构造框图
3 系统硬件设计
系统硬件设计包括中央监护真个硬件设计和监护一个床位的各个心电监护终真个硬件设计两大部分。中央监护真个硬件设计包括S3C2410A与PC机的连接和nRF401与S3C2410A的连接。由于S3C2410A具有USB设备掌握器，因此可通过USB口与PC机相连，并得到5V的T作电压。无线收发芯片nRF401直接与S3C2410A的串口1连接。图2为监护一个床位的心电监护终端硬件电路的构造框图，包括ARM微处理器S3C2410A、心电放大及采集电路、外部扩展的Nand FLash存储器、电源、LCD显示、键盘和nRF401尤线数传模块等。
3．1心电采集电路
心电采集电路包括放大器、低通滤波器、50Hz陷波器等。该电路的放大器由差动放大电路和放大级电路两级放大电路组成。导联系统采取通用的二电极办法，右胸上电极及左腹下电极为心电采样电极．右腹下电极为右腿驱动电极。由于采集的心电旗子暗记是筹模旗子暗记，采取三运放筹动放大电路作为第一级放大电路，增益约为22，再经第二级放大电路，总增益靠近1000。由于心电旗子暗记属于低频旗子暗记，因此，为肃清高频旗子暗记，本设计了采取了一阶滤波电路的低通滤波器，截止频率为100Hz。为抑制50Hz的工频滋扰，还设计了二阶压控电压源带阻滤波器，即50Hz陷波器。
图2 监护1个床位的硬件电路构造框图
3．2 ARM微处理器模块
S3C2410A是二星公司推出的一款基于ARM920T处理器构架的嵌入式CPUS3C2410，它供应8通道的10位模数转换器，转换器以2．5MHz MD转换时钟将仿照输入旗子暗记以最大500ksps转换率转换为lO位二进制数字编码。根据美困心脏学会AHA标准[3]和Nyquist采样定律，当旗子暗记采样频率即是或大干旗子暗记最高频率的2倍时，就可以从抽样后的旗子暗记中不失落真的还原出原旗子暗记。ECG频率范围为0．05~100Hz，中央频率在17Hz旁边，故取采样频率取200Hz，即采样周期为5ms即可知足哀求。采集到的旗子暗记经通道1送入S3C2410A微处理器。经剖析处理后在液晶屏上显示心电波形和剖析结果。
3．3无线收发模块
无线收发模块采取Nordic公司研制的单片UHF无线收发芯片nRF401，该芯片事情在433MHzISM(Industrial，scienTIfic and Medical)濒段。该频段无需申请容许证。并采取FSK调制解调技能，抗滋扰能力强，并采取PLL频率合成技能，频牢稳定性好，数据传输速率可达20kbDs，传输间隔可达1000m，完备知足本设计所须要的通信间隔哀求。不同于其他的RF单片芯片，nRF401通过单片机串口直接于MCU通信，而无需对数据进行曼彻斯特编码，这使的nRF401的外围元件很少，只包括一个基准晶振和几个无源器件，具有本钱低、同等性好等特点。本设计中，nRF401直接与S3C2410A的串口1连接。
3．4存储、显示和键盘模块
为了实现大容量的数据存储，利用S3C2410A自带的Nand Flash掌握器扩展了一片16Mx8位的Nand Flash存储器，可存储12小时的心电数据。为了利用户能够对采集到的心电旗子暗记有一个直不雅观的印象和进行知识性的不雅观察，利用S3C2410A自带的LCD掌握器，设计了LCD显示屏的接口，并选用了一块240x128的LCD显示屏，用于显示所采集的心电旗子暗记及一些基本参数。系统还设计了一个4x4的键盘模块，用户可通过键盘实现一些基本功能的切换。
4 系统软件设计
本系统的软件设计是基于Windows CE操作系统的。Windows CE是为各种嵌入式系统和产品设计的一种压缩的、具有高效的、可升级的操作系统，具有多线性、多仟务、全优先的操作系统环境。由于Window CE操作系统本身没有自带独立的开拓环境，因此，须要在PC机(宿主机)上完成运用程序的开拓，实现仿真．并针对ARM嵌入式设备(目标机)进行交叉编译，使其与目标机的CPU体系构造相匹配，使操作系统和运用软件在目标机上也能正常运行。然后再移植到各目标机上。在Windows CE操作系统构建起来之后，便是上层运用程序的实现问题。
4．1中央监护端程序设计
Windows CE是一个多任务、多线程的操作系统[6]。图为中央监护真个功能不但是单一的网络通信，还要进行数据剖析和处理，以是不在主线程中直接进行通信。而是在主线程中创建一个单独的子线程卖力等待PC机的命令，收到命令后，为其创建一个单独的通信子线程与相应的终端节点进行通信．等待子线程连续等待PC机的命令。通信子线程吸收数据并进行校验，并通过USB口传递到PC机。
由于多个通信子线程可能会同时对共享资源nRF401进行访问，形成线程冲突，因此须要折衷好各个线程之间的同步问题。互斥工具(Mutex)是Windows CE操作系统所供应的实现线程同步的方法之一，紧张用于折衷多个线程对共享资源的访问，其事理是只有拥有互斥工具的线程才具有访问共享资源的权限。由于互斥工具只有一个，因此就决定了任何情形下此共享资源都不会同时被多个线程所访问。首先，利用API所供应的函数CreateMutex创建一个互斥工具，初始化为FALSE状态以标识该互斥工具处于未被任何线程霸占状态。通信子线程通过waitForSingleobiect来要求占用该互斥工具，若此时该互斥工具被占用，则该线程需等待直到前一线程开释后才能成功占用；若此时该互斥工具未被占用，则可以实现对共享资源nRF401的访问。例如卖力与床位号为n的监护终端通信的子线程得到对nRF401的访问权后，该子线程会发送一个1字节的同步旗子暗记“n”，床位号为n的监护终端吸收到命令后，返回“n”作为应答，该通信子线程收到应答，核对精确后，双方开始数据传输，监护终端将数据及其校验和以数据包的形式传送给中央监护端。该子线程吸收完毕后，结束通信，用ReleaseMutex来开释对互斥工具的拥有权，完成对付共享资源nRF401的访问，从而其它线程可有机会获取对nRF401的访问权。然后对所吸收的数据进行校验，再次提出占用互斥工具要求。这样，每个通信子线程访问nRF401的机会均等，子线程问相互独立，避免了程序去世锁在一个连接上，提高了系统的整体相应速率。
4．2监护终端程序设计
监护一个床位的各监护终真个程序设计同样采取多线程的构造，在主线程中对心电旗子暗记进行A/D转换、必要的处理和存储、显示等。另创建一个子线程，置nRF401为吸收状态，等待吸收中央监护真个命令，收到命令并考验合法后，置nRF401为发送状态发送回应，并从存储器巾读取数据打包发送，若收到中央监护端校验缺点信息，则重发数据包。
4．3 QRS波的检测
在心电剖析中，要进行参数丈量和波形剖析，打算R-R间隔和心率，首先要进行QRS波的检测。本文采取四点均匀滤波器法首先对心电旗子暗记进行滤波，滤除电源工频滋扰、基线漂移，肌电噪声、运动伪迹等所带来的滋扰。其解析式为：
其对心电旗子暗记的中央频率(17Hz)影响较小，同时可抑制高频噪声和50Hz的工频滋扰。再对经由滤波后的心电旗子暗记的一、二阶差分值进行平滑处理，利用心电旗子暗记的二阶差分值极小值和一阶差分过零点在较短的韶光窗内实现QRS波精确定位。即对四点滤波后的心电旗子暗记y(n)进行一阶和二阶差分，通过不应期判别、幅值判别等方法找到R波对应的二阶差分的极小值的位置。再根据啊二阶差分与x(n)、y(n)的时延关系，求出滤波旗子暗记和原心电旗子暗记中R波的位置。在心电旗子暗记的一阶差分旗子暗记中，R波和与其对应的Q,S波的位置关系为：如果R波在一阶差分旗子暗记中为QRS波群所对应的向下过零点(其值为负)，则Q波应为R波所在位置前面的第1个向上过零点(其值为正)；S波为R波所在位置后面的第1个向上过零点(其值为正)。这样，由已知的R波的位置即可检测出 Q,S在一阶差分中的位置，再根据时延关系就而可以求出R-R问期、心率等参数。由于筹分会增加部分高频噪音，上述打算是在一阶和二阶差分经平滑移动处理后进行的。该算法能抑止多种噪声对心电旗子暗记的影响，经由临床测试，在静息和慢走情形下．算法对动态心电的检测准确率非常高；纵然在做体操和慢跑的情形下，其精确率还是在99．8％以上。
5 实验结果
利用此监护仪分别对12名志愿者进行了心电数据采集。实验表明，该监护仪能同时监护12个病人，也能独立监护1个病人，实时性良好．心电波形显示清晰，对心电数据剖析准确，心律失落常时，会自动报警，并对其进行存储和回放。佩戴者可在半径100米范围内活动得到较好的监护，采取2节5号电池供电，可连续监测20小时。
6 结论
本文设计了一种基于ARM9微处理器的新型便携式多床位无线遥测心电监护仪，该监护仪硬件集成度高，体积小，功耗低，便于患者随身携带，在不影响患者日常活动的同时使患者得纠较好的监护。本文的创新之处是采取Windows CE嵌入式操作系统作为软件平台，具有易定制、可扩展、高稳定性等优点。采取多线程编程，可同时监护多个床位，各线程之间相对独立，避免了波形显示结束，或去世锁在一个连接上，提高了系统的整体相应速率，使系统实时性更好。在Windows CE环境下，还可以通过中间驱动程序为S3C2410A扩展串口通信，实现更多床位的实时集中监护。
