一種基于ARM的心電監(jiān)護系統(tǒng)的設計及相關研究.doc

1、一種基于ARM的心電監(jiān)護系統(tǒng)的設計及相 關研究-摘 要：心電圖(ECG)作為心臟監(jiān)護的手段和方法，在 心電監(jiān)護中受到重視。在此提出了一種基于ARM的心電監(jiān)護系統(tǒng)的設計，具中心電數(shù)據(jù)處理單元采用ARM7TDMI?S 內(nèi)核的LPC2400系列32位處理器進行設計，采用無線連接和無線收發(fā) 的通信手段，及多樣化的接口實現(xiàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡設計，同時對近年來心電監(jiān)護系統(tǒng)的現(xiàn)狀進行了研究。實驗結果表明該設計成本低， 易擴展，具有較高的可行性，現(xiàn)實性和操作靈活性。關鍵詞：心電圖；ARM;心電監(jiān)護系統(tǒng)；ARM7TDMI?S;LPC2400Design and correlational research of ECG

2、monitoring system based on ARMMENG XunAbstract: Electrocardiogram ( ECG) as a means of heart care monitoring is paid attention. A design of electrocardiograph monitoring system based on ARM is proposed. The 32?bit processor in ARM7TDMI?S kenel LPC2400 series is adopted in design of ECG data processi

3、ng unit. The wireless connectivity and wireless transceiver are used to realize convenient communication. The system network design is realized by a variety of interfaces. The status of ECG monitoring system in recent years is studied. This design has the characteristics of low cost , easy extension

4、, high feasibility , high practicability and operation flexibility.Keyword : electrocardiogram; ARM; ECG monitoring system; ARM7TDMI?S; LPC24000引言心血管疾病作為威脅人類生命安全的疾病之一，其救治受 到重視。由于心血管疾病發(fā)作的突然性，對其進行預防具有重要的地位。作為心臟監(jiān)護的手段和方法，心電圖（ECG）由于在心臟監(jiān)護和診斷的重要地位和作用，心電圖監(jiān)護受到越來越多的重視。目前隨著醫(yī)療的信息化、現(xiàn)代化方向發(fā)展，心電圖作為一項 常規(guī)檢查，是就診病人必查的項

5、目之一。1系統(tǒng)設計1.1系統(tǒng)設計介紹本系統(tǒng)提出一種心電監(jiān)護系統(tǒng)的解決方案。該心電監(jiān)護系統(tǒng)具有低成本，功能全、使用方便，易擴展的功能要求，無線連 接和無線收發(fā)，弁具有初步信號處理和自動診斷功能。圖1心電監(jiān)護系統(tǒng)2硬件設計2.1 心電終端52.1.1 心電產(chǎn)生原理心電信號的采集可以通過在心電流回路中串接電阻，測量 電阻兩端的電壓信號來獲得心電信號。2.1.3 硬件架構設計心電終端由心電數(shù)據(jù)采集單元和心電數(shù)據(jù)處理單元組成。如圖2所示，心電數(shù)據(jù)采集單元采用高速、高精度的 A/D處理 模擬數(shù)據(jù)。通過生物電極導聯(lián)從人體收集電壓數(shù)據(jù)， 經(jīng)過模擬電 路和A/D，心電數(shù)據(jù)送入心電數(shù)據(jù)處理單元。圖2心電終端圖3心

6、電數(shù)據(jù)處理單元2.2 科室PC服務器科室PC服務器采用價格性能合適的電腦作為服務器，通 過RS 232與心電終端有線連接，進行心電數(shù)據(jù)的簡單存儲和分 析。之間可加入無線收發(fā)模塊，變有線連接為無線連接，提高系 統(tǒng)的使用靈活性。科室 PC服務器可以有多個 RS 232 口進行系 統(tǒng)的擴展。科室PC服務器一個或多個與遠程醫(yī)療服務中心組成 局域網(wǎng)進行信息交互。3軟件設計軟件設計主要包括兩個模塊：數(shù)據(jù)采集模塊和中央處理模 塊。3.1 數(shù)據(jù)采集模塊軟件設計在硬件設計基礎上進行，硬件采用基于 ARM7TDMI?S內(nèi)核的LPC2400系歹U 32位處理器，軟件設計根 據(jù)LPC2400系列處理器的配置進行。LP

7、C2400系列的基本操作 包括如下：(1)硬件觸發(fā)轉(zhuǎn)換如果ADCR的突發(fā)位為0且開始字段的值包含在 010111 之間，當所選引腳或定時器匹配信號發(fā)生跳變時則會啟動一次轉(zhuǎn) 換。也可選擇在4個匹配信號中任何一個指定邊沿啟動轉(zhuǎn)換，或在兩個捕獲/匹配引腳中任何一個指定邊沿啟動轉(zhuǎn)換。中斷當完成位為1時，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換完成，ADC轉(zhuǎn)換模塊向中 斷控制寄存器 VIC發(fā)出中斷請求。如果VIC中的VICINTEnable 的位8 (ADC中斷使能位)為1時，說明可以取數(shù)，則會產(chǎn)生中 斷。在讀取ADDR后，完成位清0。(3)精度和數(shù)字接收器當使用ADC用來測量Ain引腳電壓時，可以不理會引腳在 引腳選擇寄存器中

8、的設置。提高轉(zhuǎn)換精度可以通過禁止引腳的數(shù) 字接收器，選擇Ain功能。數(shù)據(jù)采集模塊主要是對電極從人體來的模擬數(shù)據(jù)進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換。首先初始化變量，然后進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)采集模塊軟件處理流程如圖4所示。分別對多個通道進行檢測，程序文件為 adc.c,程序如下：# include nxp/iolpc2468.h#include type.h#include irq.h#include target.h#include adc.h#include intrinsics.hInt jiance (int argc, char *argv )ADCInit (ADC_CLK ); 初始化 ADCint i

9、, ch, usConData, usEndData, fd;char *ECGCH= 0static char *driver= /dev/musc/adcfd=open (driver, O_RDWR);while (1) Read (fd, usConData, 1) ;Return 0;圖4 A/D轉(zhuǎn)換軟件處理流程3.2 中央處理模塊中央處理模塊對 A/D轉(zhuǎn)換后的心電數(shù)據(jù)進行處理， 在LCD 上顯示，或進行進一步信號處理作出診斷。中央處理模塊流程如圖5所示。圖5中央處理模塊流程4心電系統(tǒng)設計現(xiàn)狀研究4.1 心電終端幾年來心電終端設計出現(xiàn)多技術，多樣化的趨勢。(1)從人體的電信號進入系統(tǒng)

10、可為生物電極，也有成熟 的傳感器產(chǎn)品可直接使用，這影響著后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。(2)中央處理模塊可以 DSP, ARM , PDA終端等進行設 計。通過DSP芯片硬件設計和軟件編程可實現(xiàn)對從心電采集模 塊輸入心電數(shù)據(jù)的信號處理，可通過硬件電路和軟件算法實現(xiàn)。 特點是簡潔，運算速度快，成本低，靈活性相對差。利用ARM進行中央處理模塊設計，特點是算法設計多樣， 功能設計靈活性高，易組網(wǎng)擴展。而利用PDA終端設計中央處理模塊具有界面好，很好的使用靈活性和可操作性的優(yōu)點。通過嵌入式編程，簡潔的界面設計比較容易實現(xiàn)，操作方便。通過相 應的菜單.工具按鈕等軟件設計可以方便地實現(xiàn)心電信號的采 集、顯示和存儲，弁且

11、可對波形進行縮放、移動和重放，界面設 計靈活。(3)外設靈活，多功能接口。接口多樣化保證心電系統(tǒng) 良好的可擴展性。(4)各模塊之間的連接分為無線連接和有線連接。利用 藍牙，射頻以及GPRS等技術進行無線接口設計，是一種趨勢。 有線連接接口有串口，弁口和 USB等。(5)心電功能插件及模塊也是一種成熟技術和設計趨勢,設計有普通設計和實現(xiàn)某一種或幾種功能設計。(6)與外部心電數(shù)據(jù)資源信息共享成為一個發(fā)展方向。4.2 心電系統(tǒng)近年來隨著信息技術和計算機技術的發(fā)展，網(wǎng)絡化和遠程 醫(yī)療得到極大發(fā)展，心電終端與科室服務器及科室服務器之間以 及與遠程醫(yī)療中心之間的信息連接和交互手段出現(xiàn)多樣化趨勢， 常見的有局域網(wǎng)和以太網(wǎng)， GPRS等可利用網(wǎng)絡資源及射頻，藍 牙，WIFI等通信接口技術。本文的解決方案為