劉 娟,呂建敏,杜海燕

(滄州醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校,061001)

基于DSP和局域網(wǎng)的醫(yī)療護(hù)理監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

劉 娟,呂建敏,杜海燕

(滄州醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校,061001)

隨著社會的不斷進(jìn)步,人們對護(hù)理工作的要求也越來越高,護(hù)理工作好壞直接關(guān)系著醫(yī)院的發(fā)展.因此,本文研究設(shè)計了一種基于DSP和局域網(wǎng)的醫(yī)療護(hù)理監(jiān)控系統(tǒng),并對此設(shè)計作了簡要分析,促進(jìn)了醫(yī)院醫(yī)療護(hù)理工作的發(fā)展.

DSP;局域網(wǎng);醫(yī)療護(hù)理;監(jiān)控系統(tǒng);研究設(shè)計

0 引言

目前,我國大部分的醫(yī)院在醫(yī)療護(hù)理方面都是采取人工直接護(hù)理的方式.這種現(xiàn)象就要需要大量的人力,而且對于傳染科來講,更容易對護(hù)士造成傳染.雖然現(xiàn)階段已經(jīng)有醫(yī)院在實現(xiàn)監(jiān)控管理,但是效果都不是很好,這主要是因為其監(jiān)控系統(tǒng)都是靠電纜來傳輸信號,由于電纜抗干擾的能力比較差,所以影響了視頻的觀看效果.本文主要針對這種問題,對監(jiān)控系統(tǒng)傳輸方式進(jìn)行了改變,其主要是利用醫(yī)院內(nèi)部的局域網(wǎng),將圖像改為數(shù)字化進(jìn)行傳輸,提高了圖像的清晰度,同時達(dá)到醫(yī)療護(hù)理監(jiān)控的目的,同時,整個系統(tǒng)的建立還容易維護(hù).另外,此系統(tǒng)的科學(xué)建立,還能夠?qū)c滴的速度進(jìn)行合理的控制,實現(xiàn)了一個護(hù)士能夠管理多個病人的局面,有效的控制了醫(yī)院的人力開支,同時也提高了醫(yī)療護(hù)理的質(zhì)量.

1 關(guān)于系統(tǒng)的設(shè)計思路及工作過程

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1 系統(tǒng)的設(shè)計思路主要是，在每一個醫(yī)院病房內(nèi)安裝一部攝像頭，有此設(shè)備來監(jiān)控病房的每一個角落，然后，用觀看到的視頻將病房內(nèi)的輸液點滴的速度清晰的觀察到，讓值班護(hù)理人員能夠準(zhǔn)確的了解到病房內(nèi)的情況，以便觀察輸液的整個過程。（下圖為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖）

1.2 系統(tǒng)的工作原理。其主要是用撮像頭采集到的模擬圖像信號，用傳輸系統(tǒng)變?yōu)閿?shù)字圖像的信號，以此來對圖像信號進(jìn)行合理的運(yùn)算和處理，達(dá)到控制的效果。在此主要的處理包括對圖像的預(yù)處理、圖像的匹配等，比如，病房病人正在輸液，首先系統(tǒng)對點滴的速度進(jìn)行圖像采集，然后經(jīng)過處理和運(yùn)算把點滴的迅速和圖像的數(shù)據(jù)形成IP數(shù)據(jù)包，然后通過局域網(wǎng)傳輸?shù)街蛋嗍业闹鳈C(jī)上，這時值班人員通過監(jiān)控系統(tǒng)對剛才的的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，就會再現(xiàn)原始圖，這時，如果護(hù)理值班人員發(fā)現(xiàn)病人的點滴迅速過快或過慢，可以直接通過主機(jī)對其進(jìn)行有效的控制。

2 關(guān)于監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件的結(jié)構(gòu)圖

在系統(tǒng)設(shè)計之前首先要對系統(tǒng)的圖像處理問題進(jìn)行考慮，目前，在實時圖像的處理系統(tǒng)中主要包括對圖像的采集模塊的設(shè)計和圖像處理模塊電路的設(shè)計。（下圖為系統(tǒng)硬件的結(jié)構(gòu)圖）

2.1 關(guān)于圖像采集模塊的設(shè)計

在圖像采集模塊的設(shè)計過程中，我們所使用的設(shè)備是安裝在醫(yī)療病房中的CCD的攝像頭，但是由于該攝像頭輸出的信號是模擬信號，DSP不能夠直接對其進(jìn)行處理，因此，我們又采用了圖像解碼芯片SAA7113，通過此設(shè)備完成了圖像的數(shù)字化過程。飛利浦半導(dǎo)體公司所生產(chǎn)的SAA7113是一種能夠轉(zhuǎn)換低噪聲的設(shè)備，然后讓圖像更加清晰，進(jìn)一步增強(qiáng)其分辨率和圖像的細(xì)節(jié)，其主要的特點主要有一是能夠有效的輸出行像素的數(shù)目；二是功率耗量低，體積較小，成本較低；三是能夠靈活配置，在使用過程中比較容易控制。另外，SAA7113在工作的時候還要對外提供時鐘的信號，在此同時還要對時鐘產(chǎn)生的電路提供控制信號，一般將其進(jìn)行固定設(shè)置，設(shè)置為27MHZ，在系統(tǒng)的設(shè)計方案上要選用總線方式，這主要是由于DSP的控制能力比較差，其單片機(jī)的控制功能較強(qiáng)，所以系統(tǒng)在初始化的設(shè)置中要用單片機(jī)來完成，以此來采集圖像的亮度、對比度以及飽和度等。

2.2 關(guān)于圖像處理模塊電路的設(shè)計

2.2.1 關(guān)于對DSFP型號的選擇。

在實時圖像的系統(tǒng)設(shè)計中，如何來完成對大量圖像的數(shù)據(jù)處理是設(shè)計的主要難點，一般從人的理論分析來看，如果圖像的處理系統(tǒng)能夠達(dá)到25幀以上，系統(tǒng)才能達(dá)到所需要的效果，這就要求圖片的處理系統(tǒng)要在規(guī)定的時間內(nèi)完成圖像的運(yùn)算，只有這樣才能保證圖像的有效實施。另外，對于沒有處理的圖像，不能夠在局域網(wǎng)的的系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸，所以，一定要經(jīng)過處理之后才能在局域網(wǎng)中傳輸。

2.2.2 關(guān)于電源電路的設(shè)計

DSP系統(tǒng)在設(shè)計過程中，要實用兩種電源，一是系統(tǒng)中CPU的供電，二是外圍設(shè)備的供電。在該系統(tǒng)中所使用的核心電壓要1、8V， 外圍電壓要在此3、3V。另外，在電源通電時，首先要確定CPU的核心電源是否通電，關(guān)電時，要先切斷DVDD，然后再切斷CVDD的電源，保證其安全運(yùn)行。該系統(tǒng)的電源主要是采用了插入式的電源，這樣可以有效的消除電源和設(shè)備之間的上電延遲。

2.2.3 關(guān)于存儲電路的設(shè)計

系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)

在該系統(tǒng)中存儲電路主要有兩個部分，分別是SKRAM1（存儲采集后預(yù)處理的圖像）和SDRAM2（存儲編碼后的圖像），在系統(tǒng)中SKRAM1要與FPGA和DSP進(jìn)行接口，以此來達(dá)到直接讀取圖像數(shù)據(jù)的目的。下圖為系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)。

3 關(guān)于監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計

該系統(tǒng)的設(shè)計主要是在圖像處理模塊下用C進(jìn)行設(shè)計的，其主要特點是設(shè)計快、應(yīng)用可讀性較好、便于維護(hù)等，而且還能夠直接對內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行微處理，所以在系統(tǒng)開發(fā)中得到了廣泛應(yīng)用，也大大的提高了應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。

3.1 關(guān)于H、263圖像壓縮編碼的的算法

其算法有很多種一般主要應(yīng)用的為預(yù)測、2D-DCT變換等。

預(yù)測，主要是為了減少視頻信息所采取的手段，以此來通過估計來實現(xiàn)，一般在采用預(yù)測方法的時候，編碼為幀間編碼其所對應(yīng)的圖像為P幀，而對于沒有采用預(yù)測方法的編碼，相對應(yīng)的圖像為了幀。這時H、263要在圖像層來進(jìn)行編碼。

2D-DCT的變換算法。對于幀內(nèi)編碼和運(yùn)動補(bǔ)償?shù)玫降膱D像，要對其進(jìn)行變換，并要對每個存在的色差進(jìn)行變換。其變換的公式為：

3.2 圖像處理軟件的設(shè)計

該軟件的設(shè)計流程主要是對系統(tǒng)的硬件和各個部位進(jìn)行初始化，接著進(jìn)入程序循環(huán)狀態(tài)。在此，初始化中的EMIF就是為了DSP而設(shè)置的空間地址。下圖為圖像處理模塊的設(shè)計圖。

4 關(guān)于系統(tǒng)抗干擾的設(shè)計

4.1 抗干擾的硬件措施

1)控制干擾源。一是，在繼電器線圈上增加二極管，以此來

消除線圈在斷開時所產(chǎn)生的干擾。二是，給系統(tǒng)中的電機(jī)加上濾波電路，在此要注意電容和引線要盡量短些。三是，在系統(tǒng)的電路上對每個IC要接一個高頻電容，以此來減小對電源帶來的影響，在此要注意對高頻電容的布線流程，在連接的過程中要盡量靠近電源，這樣不會影響濾波的效果。

2)切斷傳播途徑。一是，在考慮了電源對單片機(jī)和DSP帶來的影響后，對其增加了濾波電路，以此來減小噪聲的干擾。二是，在單片機(jī)的的I/O控制噪聲的器件中間，增加了光電隔離器件，以此來切斷傳播途徑。三是，利用地線將數(shù)字區(qū)和模擬區(qū)隔開，然后在最后一點在接于電源，以此來減小了器件之間相互干擾的問題。

4.2 抗干擾的軟件措施

一是，在單片機(jī)的系統(tǒng)操作時，程序的計數(shù)器完全是靠PC來控制的，所以，在程序操作中PC如果出現(xiàn)了錯誤，那么程序也就出現(xiàn)了問題，引起程序整個都會混亂，這就要求我們?yōu)榱四軌虮ＷC程序能夠正常運(yùn)行，在程序操作時要多用單字節(jié)的指令，或著在比較關(guān)鍵的地方輸入一些單字節(jié)指令NOP，保證其能夠正常運(yùn)行。

二是，當(dāng)程序PC受到干擾時，一般會引起整個系統(tǒng)的失控，使程序整個都不能循環(huán)使用，在這種情況下，我們通常采用的監(jiān)控技術(shù)，讓程序脫離出死循環(huán)中，在操作過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)時間已經(jīng)超過正常的循環(huán)時間，就要對其系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)迫程序返回到入口，讓系統(tǒng)重新啟動，進(jìn)行正軌。

5 結(jié)語

綜上所述，我們可以看出基于DSP和局域網(wǎng)的醫(yī)療護(hù)理監(jiān)控系統(tǒng)的有效設(shè)計，能夠合理的在利用醫(yī)院局域網(wǎng)的前提下，再加上DSP強(qiáng)大的處理功能，有效的解決了因傳輸距離產(chǎn)生的圖像不清晰的問題，達(dá)到了對圖像處理的要求。同時，本系統(tǒng)的科學(xué)運(yùn)用還減少了護(hù)士的查房次數(shù)和病人對醫(yī)護(hù)人員的感染率，提高了醫(yī)院的工作效率，促進(jìn)了醫(yī)院的整體發(fā)展。

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Design of medical care monitoring system based on DSP and LAN

Liu Juan,Lv Jianmin,Du Haiyan
(Cangzhou Medical College,061001)

With the development of society, people's demands for nursing is also more and more high, nursing work will have a direct relationship with the development of the hospital.Therefore,this paper designed a medical monitoring system based on DSP and LAN,and this design is briefly analyzed,and promoted the development of the medical and nursing work in hospital.

DSP;LAN;medical care;monitoring system;research design