|
引言 心臟病是嚴重威脅人類(lèi)健康和生命的主要疾病之一。統計顯示約60%的心臟病人死于家中，這些病人如果能夠及時(shí)獲得搶救、護理，是完全可能避免死亡的。由于心臟病發(fā)作帶有很大的偶然性和突發(fā)性，將心電監護從病床、醫院擴展到社區、家庭實(shí)施遠程監護，無(wú)論是從減輕患者的經(jīng)濟負擔，還是從增強醫院服務(wù)能力的角度考慮都具有重要的現實(shí)意義。 2 心電監護終端的硬件設計 從體積小、功耗低、操作簡(jiǎn)便的角度設計心電監護終端硬件電路。圖1為整個(gè)監護終端的硬件框圖，主要由調理電路、心電數據采集模塊、ARM7微處理器模塊、網(wǎng)口模塊、電源模塊5部分組成。該監護終端完成心電信號的采集和預處理，并通過(guò)網(wǎng)口實(shí)時(shí)發(fā)送至監護中心服務(wù)器，從而實(shí)現遠程實(shí)時(shí)監護。 2.1 信號調理電路設計 人體心電信號是一種低頻微弱電信號，其幅值約10μV～5 mV，頻率范圍為0.05～100 Hz。需要放大上千倍(即達到V量級)才便于觀(guān)察以及A/D轉換，具體增益還需結合A/D轉換模塊的測量范同確定。通過(guò)心電導聯(lián)線(xiàn)獲取的心電信號首先經(jīng)儀表放大器AD620進(jìn)行差分放大，由于體表液體與電極之間可能形成原電池，致使電極之間存在固定電位差，因此第1級的差分放大增益不能太高，否則容易飽和.所以第1級增益選為20;為了使信號滿(mǎn)足A/D轉換要求，需將信號放大至V量級，因此設置次級放大增益為30，這里采用普通的四運放LM324。由于心電信號中�；煊兄绷骱突�(xiàn)漂移干擾，因此應在第1級和次級放大電路之間加高通濾波器，可有效避免心電信號的基線(xiàn)漂移，相應的高頻干擾信號可通過(guò)放大器輸入端電路和一個(gè)截止頻率為100 Hz的二階低通濾波器予以濾除。此外，通過(guò)陷波器濾除50 Hz工頻干擾。經(jīng)上述信號處理后，心電信號接入微處理器LPC2210的P0.27引腳(AIN0)由其內部A/D轉換模塊完成A/D轉換。根據采樣定理，采樣頻率應保證高于其2倍，因此在A(yíng)/D轉換中將采樣頻率設置為500 Hz。圖2為信號調理電路。 2.2 ARM7微處理器及外圍電路 LPC2210是PHILIPS公司開(kāi)發(fā)的基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的16/32位ARM7TDMI CPU的微控制器。該器件具有144引腳封裝、極低功耗、多個(gè)32位定時(shí)器、8路10位A/D轉換器、PWM輸出以及多達9個(gè)外部中斷，使其適用于工業(yè)控制、醫療系統、訪(fǎng)問(wèn)控制和電子收款機(POS)。 該系統設計的A/D轉換部分采用LPC2210自帶的8通道10位A/D轉換模塊，簡(jiǎn)化電路設計。由于LPC2210無(wú)片內Flash，且LPC2210片內SRAM僅有16 KB，考慮到系統中需加載一個(gè)嵌入式操作系統μC/OS-II和TCP/IP協(xié)議棧，16 KB空間遠遠不夠，所以片外加載一個(gè)SRAM IS61LV25616AL和一個(gè)Flash SST39VF160，具體電路如圖3所示。 2.3 網(wǎng)口電路 由于LPC2210不帶以太網(wǎng)接口控制器，因此需增加一塊以太網(wǎng)控制器實(shí)現以太網(wǎng)傳輸。目前比較常用的10 Mb/s嵌入式以太網(wǎng)器件有RTL8019、CS8900等，這里選用RTL8019AS。RTL8019AS是一款NE2000兼容的ISA總線(xiàn)以太網(wǎng)控制器，該器件的主要特點(diǎn)為：符合IEEE 802.310 Base2和1OBaseT標準;網(wǎng)絡(luò )傳輸速率為10 Mbit/s，支持CSMA/CD傳輸協(xié)議;自動(dòng)奇偶檢測及糾錯;支持即插即用方式(PnP)和非即插即用方式(Non-PnP)，可通過(guò)軟件設置中斷、輸入和輸出地址等網(wǎng)絡(luò )參數;支持兩種接口類(lèi)型，并能自動(dòng)偵測介質(zhì)類(lèi)型，BNC端口用于連接同軸電纜，RJ45端口用于屏蔽雙絞線(xiàn);支持全雙工模式;內建16 KB SRAM。 系統中RTL8019AS工作在跳線(xiàn)模式，其基地址為0x300。所以電路上RTL8019AS的引腳SA6,SA7，SA10～SA19均接地，SA9接電源，SA8與LPC2210地址總線(xiàn)A22相連，SA5與LPC2210的外部存儲器Bank3片選CS3相連。RTL8019AS與LPC2210的具體連接關(guān)系如表1所示。當SA8為1，SA5為0時(shí)，選中RTL8019AS，即LPC2210與RTL8019AS之間的映射關(guān)系是：0x83400000~0x8340001F，0x300~0x31F。 3 系統軟件設計 由于μC/OS-Ⅱ操作系統是源代碼公開(kāi)的、共享的并且可移植性、可裁減性非常好，通過(guò)信號、郵箱及隊列能夠很好的實(shí)現任務(wù)問(wèn)的實(shí)時(shí)通訊、系統同步及多任務(wù)間的管理和調度，所以這里選用μC/OS-Ⅱ嵌入式實(shí)時(shí)操作系統作為平臺。 首先進(jìn)行μC/OS-II的移植，對μC/OS-II的移植實(shí)際上就是重寫(xiě)或修改與處理器有關(guān)的代碼。主要是編寫(xiě)OS_CPU.H，OS_CPU_ A.S，OS_CPU_C.C這3個(gè)文件。在完成μC/OS-Ⅱ代碼移植后，把TCP/IP協(xié)議棧加載到該系統中，即完成程序運行平臺的搭建工作。 該系統設計的主程序主要通過(guò)3個(gè)任務(wù)來(lái)實(shí)現，即在主函數main()中先利用OSInit()初始化μC/OS-Ⅱ操作系統，給應用程序中用到的消息隊列、信號量等清零，然后利用OSTaskCreateExt()創(chuàng )建第一個(gè)任務(wù)task0，通過(guò)OSStart()啟動(dòng)操作系統的多任務(wù)調度機制，開(kāi)始運行該系統的主要應用程序。 3個(gè)任務(wù)中，設置任務(wù)task0的優(yōu)先級最高，任務(wù)task2的優(yōu)先級最低。任務(wù)task0主要負責接收數據，調用RTL8019AS的驅動(dòng)函數Rec_Packet()接收遠端計算機的連接請求(本地設置為服務(wù)器端)。若有請求幀，則設置消息隊列RecTcpQFlag，然后刪除任務(wù)本身;若沒(méi)有請求幀，則持續利用Rec_Packet()接收數據，直到接收到連接請求。task0的流程圖如圖4所示。 該系統設計的監護模塊與醫院內心電監護中心的心電實(shí)時(shí)監控服務(wù)器都工作于客戶(hù)/服務(wù)器模式下。在工作狀態(tài)下，心電數據接收轉發(fā)器客戶(hù)端應用程序，首先初始化以太網(wǎng)接口，然后主動(dòng)與醫院內心電實(shí)時(shí)監控服務(wù)器建立連接;連接成功后，進(jìn)入工作狀態(tài)，不斷接收心電數據，并通過(guò)已建立的連接將數據發(fā)送到心電實(shí)時(shí)監控服務(wù)器。 4 結論 由于采用嵌入式Internet技術(shù)，利用以太網(wǎng)傳輸被監護病人心電數據，理論上整個(gè)系統中被監護病人的個(gè)數無(wú)限制，只要網(wǎng)絡(luò )的帶寬和服務(wù)器的處理能力足夠強，就可以任意擴展。被監護病人既可位于醫院的病房，也可位于家庭、辦公室，只要該處有寬帶網(wǎng)接入端口即可。因此.該系統將大大增強和擴展醫院的醫療服務(wù)能力，同時(shí)也使更多的病人得到低成本和周到的心電監護服務(wù)，具有很高的推廣價(jià)值和顯著(zhù)的社會(huì )經(jīng)濟效益。 |
