运动员远程心率数据传输系统设计

赵田　张瑾

摘 要：在信息化的时代背景下，科学技术不断发展。无线通信技术的出现极大的推动了很多领域的发展和进步。在本次研究中，笔者关注的是远程医疗监护领域，以单片无线收发一体芯片nRF905和AT89S52单片机为基础设计了一套针对运动员的远程心率数据传输系统。笔者首先介绍了系统的整体设计思路，接下来分析了系统的硬件设计和软件设计，最后对系统进行了性能测试，测试结果表明本文所设计的系统可以有效的实现预期功能。

关键词：远程心率；数据传输系统；设计

1 系统设计思路

在本次设计中，笔者选择了单片无线收发一体芯片nRF905和AT89S52单片机，nRF905是一种新产品，研发单位是挪威Nordic VLSI企业。在正式开始系统设计工作之前，笔者首先对nRF905和AT89S52开展了一系列的研究，主要包括：第一，nRF905的具体结构；第二，nRF905的工作原理；第三，AT89S52的工作原理，以及各项功能等。上述工作是保证系统设计可以顺利得到开展的基础和前提。总的说来，笔者对于运动员远程心率数据传输系统的基本设计思路如下：第一步，获取运动员的心率信号。需要用到的设备有心电电极和心电传感器；第二步，对心率信号通过无线的方式进行发送。此时需要借助的设备主要是无线信号转发器，其中发挥关键作用的就是nRF905；第三步，处理心率信号，并获得心率数据。在处理心率信号时，主要使用的方法是滤波。之后还需要对信号进行存储处理，方便相关人员使用上述信号。在本系统中，无线数据传输装置是必不可少的，该装置主要包括三个组成部分，分别是收发器nRF905、AT89S52单片机以及显示结构。

2 系统硬件设计

系统硬件设计工作主要包括以下几个部分：

1）心率信号的采集。在收集运动员的心率信号时，发挥关键作用的设备主要有两个，分别是心电电极以及心电传感器。其中，心电电极的主要作用是：对运动员的心脏活动信号进行收集处理，并进一步将去传递到心电传感器。心电传感器的主要作用是：对接收的心脏信号进行一系列的处理，具体流程包括：增大原本微弱的信号、对信号进行滤波处理等。此外，心电传感器还可以将处理好的心率信号传递到无线信号转发器。本系统使用的心电电极和心电传感器具有下述优势：第一，在工作过程中可以有效的抵御环境中的干扰因素；第二，运行时需要的电量不是很多等；第三，在采集运动员的心率信号时，对运行员的产生的影响相对较小，运动员可以保持正常的运动状态。

2）前置放大电路。前置放大电路的主要组成部分就是前置放大器，笔者选择的是AD620仪表放大器。选择该组件的主要原因是：控制增益的大小，如果增益过大的话，就可以导致心电放大器出现阻塞现象，从而影响系统的正常运行。

3）心率信号的无线发送。一般来讲，心率传感器可以将心率信号传递的最远距离是一米，而在远程监测领域，监测范围肯定超过了一米，这就为心率信号的发送提出了新的要求。为了解决上述问题，笔者选择了nRF905，借助于无线信号转发器满足远程监测的需求。

4）心率信号的接收。nRF905还具有接收信号的能力，因此笔者在设计无线信号接收器时，也选择的nRF905。总的说来，在无线数据传输中，主要包括三种类型的系统，分别是点对点系统、点对多点系统以及多点对多点系统。笔者选择的系统模式是点对点，这主要是因为本系统中数据终端的数量是1。

3 系统的软件设计

本系统的软件设计一共由三部分组成，分别如下：

3.1 主程序设计

主程序设计主要包括下述几部分内容：第一，对程序的初始化进行合理的设计，为后续的软件设计工作打好基础；第二，调整nRF905的状态，保证其可以正常接收信号。当nRF905正常运行时，如果有信号传递过来的话，此时信号会被进一步传递到LCD；如果没有信号，nRF905就保持在查询状态。

3.2 nRF905软件设计

在开展nRF905的软件设计工作时，主要包括两部分内容：第一，设计nRF905的读写程序，确保读写操作可以顺利开展；第二，活动模式时序。

3.3 发送模式软件设计和接收模式软件设计

笔者选择的模式是ShockBurst，该模式的主要优势是当传输包开始工作之后，该模式总是能保证数据达到目的地，而且当一次传输工作结束之后，新的模式马上开始又一轮的数据传输。在数据接收中发挥主要作用的是nRF905，nRF905可以根据实际需要变换模式。

4 系统性能测试

完成系统设计和构建工作之后，笔者对系统进行了测试，确保系统可以实现预期功能，具体测试过程如下：

4.1 误码率测试

在开展误码率的测试工作时，笔者选择的测试地点是运动场，测试条件如下：第一，将发射机和接收机之间的距离控制在一百米；第二，将发射机的发射功率控制在10dBm；第三，将数据传输速率控制在75kBPS；第四，发射正弦信号之后，接收机对接收到的信号进行整理，最终得到本次测试的误码率，测试结果要比1/1000好，这说明本系统的误码率是可以接受的。

4.2 整机测试

整机测试是非常重要的额，通过整机测试可以了解系统的各项功能是否合理。笔者找了一些运动员来协助完成整机测试，测试结果是：心率数值为每一分钟91次，St幅度的數值是45，这说明本系统可以正常运行。

5 结语

在本次研究中，笔者主要设计了一个运动员的远程心率数据传输系统，测试结果表明该系统可以实现预期功能，提供远动员的心率数据信息。

参考文献：

[1] 刘辉.基于蓝牙传输的Android手机心电、呼吸监护系统的设计[D].江苏大学，2016.

[2] 郭帅.带有GPRS远程传输和无线传输功能的智能无创血压/心率计的设计与实現[D].西安电子科技大学，2014.

[3] 穆清秀.全国优秀U14女子足球运动员集训期间心率监控的应用研究[D].辽宁师范大学，2012.

[4] 方勇军，王云景，喻锡成，赵红旗，刘勇.潜水员水下心率实时监测系统的设计[J].医疗卫生装备，2011，（05）：13-16.

[5] 陈丹萍，周家骥，陆大江.射击运动员心率与命中率的监测与调控[J].上海体育学院学报，2008，（03）：53-57.

作者简介：赵田（1994-），男，陕西人。