摘 要： 针对亟待解决的独居老人监护的社会问题，设计了独居老人无线家庭监护系统。该系统通过医用电极采集受监护老人的生理信号,信号经过微弱信号放大电路及单片机处理后，通过无线收发模块将数据以无线的方式传送到小区监护中心。小区监护医生对老人进行每日的日常监护，一旦发生异常，监护系统立刻发生报警，通知急救人员进行救援。测试结果表明，系统性能稳定，能够对监护对象的脉搏、血压和心率进行实时监控。
关键词：无线监护; AGC; 微弱信号放大; AD623
随着信息科技的不断发展，医疗信息化成为国内外广泛关注的焦点，逐渐形成了电子医疗这一研究领域。实时的医疗监控会更好地引导人们养成良好的生活习惯，变治病为防病，因此无线远程家庭监护系统有很广泛的应用价值[1]。
本文运用微弱信号实时检测技术采集受监护老人的脉搏、血压、心率信号，通过无线收发模块将监控病人的生理参数传送至小区的监控中心。当老年人在家突发疾病导致生理信号出现异常时，监控中心会在第一时间做出反应，派出急救人员对患者进行抢救和治疗。通过此装置可有效降低错失最佳救治时间而带来的巨大风险，大大提高了医疗救治的效率。
1 监护系统的结构
心电传感器采集的心电信号频率主要集中在0.05~ 100 Hz，幅度为10 μV~4 mV(典型值为1 mV)，是一种低频率的微弱双极性信号[2]。它淹没在许多较强的干扰和噪声之中。因此，要实现心电信号的精确测量，必须设计出性能优良的前置级放大电路。该电路由前置放大器和滤波器构成，经放大后的信号送入单片机AD端口进行模/数转换处理,然后采用无线收发模块将信号传输至小区监控中心[3]。图1为系统原理框图。
2 监护系统的组成
2.1 微弱信号放大器
AD623是一种采用8脚工业标准封装、集成的单电源(3~12 V)仪表放大器。放大器的增益由一个外接电阻设置，使用极为方便。在不接增益电阻时,增益为1;外接电阻时，增益可达到1 000[4]。该芯片具有优良的AC CMRR，即便在增益不断增加的情况下，仍能保持误差最小,电源噪声以及电源谐波都能得到很好的抑制。AD623的输人共模范围很宽,能够放大150 mV的共模信号。图2给出了微弱信号放大器的电路原理图。微弱小信号放大器电路采用两级放大,利用外接增益电阻方式控制放大倍数, 本电路外接电阻为1.02 kΩ, 理论上放大信号2 000倍[5]。
2.3 无线传输模块
监护系统数据的无线传输由XL02-232AP1模块实现。该模块是UART接口的半双工无线传输模块，可以工作在433 MHz公用频段，符合欧洲ETSI（EN300-220-1 和EN301-439-3）标准，满足无线管制要求，无需申请频率使用许可证。
XL02-232AP1模块使用+5 V直流电源供电，最大工作电流不超过60 mA, 工作频率为428.5~435.1 MHz，调制方式为FSK。本设计中该模块工作频率设置为433.92 MHz，发射功率为15 dBm，串口速率为9.6 kb/s[7]。
接通电源,运行发射接收程序,在发射数据时XL02-232AP1模块红灯闪烁,接收到数据后XL02-232AP1模块绿灯闪烁。
2.4 AGC模块
由于电波传播衰落等各种因素的影响，接收机所接收的信号强弱变化范围很大。AGC电路的主要功能是根据输入信号电平的大小调整接收机的增益，从而使输出信号电平保持稳定，确保接收系统的高灵敏度，避免漏报现象[8]。系统以压控增益放大器VCA810为核心，运放OPA620用作比较器，通过比较VCA810输出电压和设置的电压，实现增益可控放大器，图4给出了AGC电路原理图[9]。当VF1>V3时，比较器输出正电压，对电容进行充电，从而使电容两端的电压增大（电压为负，其绝对值减小），导致VCA810的控制电压Vc增大，从而使VCA810的增益减小，实现了负反馈；当VF1<V3时，AGC电路的工作过程与上述相反[10]。
4 系统测试结果
表1、表2分别给出了微弱信号放大电路、AGC电路的测试结果，图6、图7为实测波形。测试结果表明，微弱信号放大器的增益达到接近2 000,AGC电路可以稳定0.33 V~20 V(p-p)的电压,系统性能稳定，满足设计要求。
经过实际测量，此系统工作性能良好，无线传输距离可达到30 m，接收端接收信号完整不失真，此系统具有良好的实际应用价值。
参考文献
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