便携式医疗监护仪器网络化接口的设计

　　随着计算机网络和通信技术的发展,便携式医疗监护仪器具有联网功能将是一大趋势。借助远程监护这一新型医疗模式能较好地解决患者在家中以较低的费用获得在医院同样的服务。依靠Internet和网络技术,医生能够有效地获得、分析来自仪器的各种数据,及时进行医疗指导或诊治,这对于患者得到高水平的医疗服务及在紧急情况时的急救支援具重要意义。我们曾设计的便携式医疗监护仪器的联网方案是数据以无线方式从仪器传到PC机,再以PC机为网络终端传输数据[1,2]。然而利用8位MCU通过ISP(Internet服务供应商),在不需要使用PC机或高档单片机的情况下接入Internet,这样的应用系统正逐步取代传统的以PC机为中心的应用,成为未来Internet发展中的主力军[3]。本文讨论的网络化接口正是针对这一问题而提出的。

　　在分析了网络化接口中TCP/IP协议栈实现方式的基础上,本文介绍了一种基于TCP/IP协议栈芯片W3100A的以8位MCU为核心的便携式医疗监护仪器网络化接口的实现方案,解决了其接入Internet的问题。便携式医疗监护仪器的工作原理和设计在此不再赘述,可参阅文献[1, 2]。

　　1　网络化接口的实现

　　1.1　MCU中实现TCP/IP协议栈的方案

　　(1)基于软件来实现TCP/IP协议栈,通过将TCP/IP协议栈移植到系统中,然后调用相关的API函数实现网络通信,或者不采用移植的方法,参照标准的TCP/IP协议精简相应的协议层,编写相关的API函数完成简易的TCP/IP通信。但是这种方法需要有操作系统、高性能MCU及大容量存储器的支持。

　　(2)直接采用TCP/IP协议栈芯片,如W3100A。这种方案的主要优点是:应用系统设计不必考虑任何网络协议,只需要解释并执行网络芯片传送过来的指令和数据就可以实现与Internet网络连接,且不需要操作系统的支持。便携式医疗监护仪器主要完成ECG (心电)、NIBP (无创血压)、SpO2 (血氧饱和度)、呼吸率和体温5个生理参数的采集、计算和分析,以及显示、报警等功能,其中仪器中的8位MCU负担已经比较重且资源有限,因此决定采用直接使用TCP/IP协议栈芯片来实现网络化接口的方案。

　　1.2　W3100A芯片简介

　　W3100A是韩国Wiznet公司生产的一种TCP/IP协议栈芯片,其中包含的协议层有: TCP (传输控制协议)、IP (网际协议)、UDP (用户数据报协议)、ICMP (因持网控制报文协议)和协议的DLC(数据链路控制),以及MAC协议。该芯片提供2个接口给上层应用层:MCU接口和I2C接口,一个MII (Media Independent Interface)接口给底层物理层。芯片支持全双工4～5 Mb/s的数据通信;内部带有双口RAM的数据缓冲器;采用0.35μm的CMOS工艺, 64引脚LQFP封装。芯片的内部结构如图1所示。芯片内部提供512 B的控制寄存器存储空间和16 kB的数据存储缓冲器,其中8 kB传输数据缓冲器供MCU传输数据使用, MCU只能写而不能读; 8 kB接收数据缓冲器供MCU接收数据用, MCU只能读而不能写。