基于ARM7新型嵌入式心電監(jiān)護(hù)儀的研制

一、緒論 心血管疾病是目前對(duì)人類(lèi)危害最大的一種疾病，而心電圖是檢查、診斷和預(yù)防該類(lèi)疾病的主要手段和依據(jù)。由于傳統(tǒng)的基于pc機(jī)平臺(tái)的心電監(jiān)護(hù)儀，價(jià)格昂貴，體積龐大，不便于移動(dòng)且主要集中在大醫(yī)院，而無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)患者的病情，給醫(yī)生和病人帶來(lái)了很大的不便。近年來(lái)，隨著嵌入式和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，我們研制出一種基于arm7處理器的新型嵌入式心電監(jiān)護(hù)儀，它采用samsung公司的一款arm7tdmi核的risc的32位高速處理器s3c44b0x,具有成本低、體積小、可靠性高、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，適用于個(gè)人、中小醫(yī)院和社區(qū)醫(yī)療單位，為家庭保?。╤hc）和遠(yuǎn)程醫(yī)療（telemedicine）等新興的醫(yī)療途徑提供良好的幫助與支持。 二、系統(tǒng)的工作原理 心電信號(hào)通過(guò)專用電極從人的左右臂采集到后，送入信號(hào)調(diào)理電路，先經(jīng)過(guò)前置放大器初步放大，經(jīng)高通濾波濾除直流信號(hào)及低頻基線干擾后，由后級(jí)放大器放大，再經(jīng)濾波器進(jìn)一步濾除50hz的工頻干擾，經(jīng)低通濾波器后得到符合要求的心電信號(hào)，由模擬信號(hào)輸入端送入adc，進(jìn)行高精度的a/d轉(zhuǎn)換。為了更好的抑制干擾信號(hào)和防止導(dǎo)聯(lián)松動(dòng)及脫落，我們?cè)陔娐分羞€引入了右腿驅(qū)動(dòng)電路和導(dǎo)聯(lián)脫落檢測(cè)電路。系統(tǒng)控制核心采用samsung公司的s3c44box,液晶顯示屏（lcd）建立良好的人機(jī)交互界面，采集到的信號(hào)可以通過(guò)lcd實(shí)時(shí)顯示和回放，數(shù)據(jù)通過(guò)因特網(wǎng)基于tcp/ ip(傳輸控制協(xié)議、網(wǎng)際協(xié)議) 順序可靠地傳輸數(shù)據(jù)到心電監(jiān)護(hù)中心,為醫(yī)護(hù)人員及時(shí)準(zhǔn)確的診斷提供參考。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)采用現(xiàn)在流行的uclinx,管理協(xié)調(diào)各模塊工作，為系統(tǒng)可靠的運(yùn)行提供保證。 三、系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì) 3．1、信號(hào)調(diào)理電路 信號(hào)調(diào)理電路主要包括：放大器、帶通濾波器、陷波器等。 人體心電信號(hào)屬于強(qiáng)噪聲背景下的低頻微弱信號(hào)，一般只有0.05-5mv,頻譜范圍為：0.05-100hz,心電信號(hào)正常輸出時(shí)其幅值約為1mv,而a/d轉(zhuǎn)換器的輸入電平要求到達(dá)1v左右，即心電放大倍數(shù)約為1000倍，由于肌電干擾可能造成前置放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的偏移，甚至截至飽和，所以前置放大器的增益不能太大。我們選用ad620儀表放大器作為系統(tǒng)前置放大器，它具有低噪聲、低漂移、高共模抑制比、高輸入阻抗等特點(diǎn)。它的增益通過(guò)1腳和8腳的電阻rg來(lái)調(diào)節(jié)，可達(dá)1－100倍，計(jì)算公式為：g＝49.4 /rg+1。我設(shè)計(jì)初級(jí)放大倍數(shù)在七級(jí)左右，選用精度為0.01％，阻值為8.25 的精密線繞電阻，后級(jí)選用tl064將信號(hào)放大到a/d轉(zhuǎn)換器的輸入電平要求。 為抑制直流漂移和放大器通帶外的低頻噪聲，設(shè)計(jì)一個(gè)rc高通濾波器；因心電信號(hào)的頻率在100hz以下，為消除高頻信號(hào)和50hz的工頻干擾，還設(shè)計(jì)了低通濾波和帶阻濾波器。 為防止導(dǎo)聯(lián)松動(dòng)和脫落，設(shè)計(jì)導(dǎo)聯(lián)檢測(cè)電路，電極脫落時(shí)，比較器的輸出電平由正常的高電平變?yōu)榈碗娖?，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，提醒患者檢查導(dǎo)聯(lián)。右腿驅(qū)動(dòng)電路，人體共模電壓檢測(cè)出后，經(jīng)倒相放大反饋到人的右腿上，而沒(méi)有直接與放大器的地相聯(lián)，這樣人體的位移電流不流到地，而是流到運(yùn)放的輸出端，對(duì)ad620減小了共模電壓的拾取。 3．2、嵌入式處理器及外圍電路 s3c44b0x是samsung公司為手持設(shè)備和一般類(lèi)型的應(yīng)用提供了高性價(jià)比和高性能的微處理器解決方案。cpu內(nèi)核采用arm公司設(shè)計(jì)的16/32位armtdmi risc處理器（66hz），內(nèi)核工作電壓為2.5v，帶有8kb的高速緩存，外部存儲(chǔ)控制器8個(gè)bank,共256mb，8通道10位adc和支持彩色/黑白顯示lcd控制器，具有普通、慢速、空閑和停止功耗控制模式，精簡(jiǎn)出色的全靜態(tài)設(shè)計(jì)適合于低成本和功耗敏感的設(shè)計(jì)。 3.2.1、a/d轉(zhuǎn)換 對(duì)心電信號(hào)的采用精度的考慮主要是出自于對(duì)st段異常分析處理的要求，st段電平變化為0.05mv已經(jīng)得到公認(rèn)，因此采樣精度至少為0.025mv。根據(jù)美國(guó)心臟學(xué)會(huì)aha標(biāo)準(zhǔn)和nyquist采樣定律，當(dāng)信號(hào)采樣頻率等于或大于信號(hào)最高頻率的2倍時(shí)，就可以從抽樣后的信號(hào)中不失真的還原出原信號(hào)。ecg頻率范圍為0.05－100hz，我們?nèi)〔蓸宇l率為200hz，即采樣周期為5ms.s3c44b0x內(nèi)部有一個(gè)逐次逼近型8路模擬信號(hào)輸入的10位adc，輸入滿刻度電壓為2.5v，能分辨出來(lái)的輸入電壓變化的最小值為2.5v/210=2.5mv，心電采集放大倍數(shù)約為1000倍，輸入端的最小分辨率約為2.5mv/1000=0.0025mv，故完全滿足系統(tǒng)采用要求。 3.2.2、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器flash rom和sdrm擴(kuò)展 s3c44b0x自身不具有rom，因此必須外接rom器件來(lái)存儲(chǔ)掉電后仍需要保存的程序代碼和數(shù)據(jù)。我們采用了sst公司推出的容量為1mb×16的cmos多用途flash rom,它具有可靠性好、功耗低、讀取速度快等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)復(fù)位后，首先從0x00000000地址處開(kāi)始執(zhí)行，系統(tǒng)啟動(dòng)代碼應(yīng)該以此地址開(kāi)始存放，所以flash映射在處理器的bank0區(qū)域內(nèi)。 采用linksmart公司的一種容量為8mb的sdrm l43l16064作為系統(tǒng)程序的運(yùn)行空