基于C8051F021的遠程診斷與急救支援系統方案設計

1.2.4 血氧模塊

血氧模塊通過RS232串行接口傳輸測量結果，本系統選用C8051F021的UARTl與血氧模塊進行數據交換，而將UART0分配給無線收發模塊。

首先，主微控制器C8051F021通過設置優先交叉開關譯碼器XBR0、XBRl和XBR2的值完成數字資源的動態分配。優先權交叉開關譯碼器可以按優先權順序將P0～P3口的引腳分配給器件上的數字外設(UART、SM-Bus、ICA、定時器等)。

其次，要實現C8051F021與血氧模塊的通信，需完成以下寄存器的配置：(1)初始化交叉開關配置寄存器XBR2，初始值為0x44；分別使能交叉開關和UARTl；(2)初始化端口0輸出方式寄存器P0MDOUT，初始值為0x05；將P0.2和P0.3分別分配給TXl和RXl；(3)完成UARTl工作模式和波特率的設置。血氧模塊的串口工作在模式1、波特率為9600bps，采用定時器2完成UABTl對應波特率的設置。

1.2.5 生理參數的傳輸

為了方便患者攜帶和醫生使用，選用無線收發芯片nRF401完成生理參數的無線傳輸。單片收發芯片nRF401片內集成了高頻發射、高頻接收、PLL合成、FSK調制、FSK解調以及多頻道切換等功能模塊。它工作在ISM國際公用頻段，最大能以20kbps的速度進行無線數據傳輸[5]。微控制器只需對nRF401進行簡單的控制就可以通過串口完成數據的收發，nRF401與C8051F021構成的無線通信系統如圖4所示。

C8051F021的UART0的設置與UARTl的設置相似，首先初始化交叉開關寄存器XBR0=0x04、XBR2=0x40；分別使能UART0和交叉開關；再初始化特殊功能寄存器P0MDOUT=0x01；將P0.0和P0.1分別分配給TXl和RX1；因為UART0有最高優先權，當UART0EN設置為1時，P0.0和P0.1總是分配給TXl和BXl；最后完成UART0工作模式和波特率的設置。

為了將采集到的生理參數發送給接收系統，在發送數據之前，芯片首先上電工作(即PWR_UP=1)，然后選擇數據傳輸通道。nRF401有兩個傳輸通道可供選擇：通道l(433.92MHz)和通道2(434.33MHz)。將TXEN引腳置為高電平(發送模式)，nRF401就能通過微控制器的串口發送數據。

2 系統軟件的設計

系統軟件主要完成以C8051F021為核心的生理參數的采集和無線發送。由于要處理多個不同的模塊，在實現過程中采用了巡回檢測的方法。在數據傳送過程中，設置了一個生理信息包協議，在采集系統和無線發送模塊之間，定義通信協議包如表2所示。串口對連續接收的2個字節的數據依據協議規則重新裝配。由于生理數據(心電、血壓、體溫等)一般不超過12位，采集系統將它們分別拆為低7位和高5位進行傳輸。其中，高位的第一位為高位數據標識，設為0；低8位的第一位為低位數據標識，設為1。

表2 串口通信協議包

表3 各參數的具體識別方式

為了識別不同的生理參數，對不同生理信號設置不同的信號標識進行相應的幀編碼。對心電數據采用高8位的B6B5識別，其它的各類數據采用高8位的B6B5B4B3識別，各參數的具體識別方式如表3所示。編碼后的數據經微控制器的UART0與nRF401實現無線發送。微控制器的UART0設置為工作模式1，波特率為9600bps。

系統軟件采用模塊化編程方法，根據功能將該系統程序分為六個基本模塊：系統初始化模塊(包括C8051F021微控制器I／O口設置、寄存器及變量的定義)、體溫模塊、心電模塊、血壓模塊、血氧模塊和無線傳輸模塊。系統軟件的流程如圖5所示。