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(多图) 基于ARM7的心电采集与远程传输系统设计

西安电子科技大学 叶一初 胡方明?? 2009年08月03日 ?? 收藏0

  引言

  心脏病是严重威胁人类健康和生命的主要疾病之一。统计显示约60%的心脏病人死于家中,这些病人如果能够及时获得抢救、护理,是完全可能避免死亡的。由于心脏病发作带有很大的偶然性和突发性,将心电监护从病床、医院扩展到社区、家庭实施远程监护,无论是从减轻患者的经济负担,还是从增强医院服务能力的角度考虑都具有重要的现实意义。

  2 心电监护终端的硬件设计

  从体积小、功耗低、操作简便的角度设计心电监护终端硬件电路。图1为整个监护终端的硬件框图,主要由调理电路、心电数据采集模块、ARM7微处理器模块、网口模块、电源模块5部分组成。该监护终端完成心电信号的采集和预处理,并通过网口实时发送至监护中心服务器,从而实现远程实时监护。

整个监护终端的硬件框图

  2.1 信号调理电路设计

  人体心电信号是一种低频微弱电信号,其幅值约10μV~5 mV,频率范围为0.05~100 Hz。需要放大上千倍(即达到V量级)才便于观察以及A/D转换,具体增益还需结合A/D转换模块的测量范同确定。通过心电导联线获取的心电信号首先经仪表放大器AD620进行差分放大,由于体表液体与电极之间可能形成原电池,致使电极之间存在固定电位差,因此第1级的差分放大增益不能太高,否则容易饱和.所以第1级增益选为20;为了使信号满足A/D转换要求,需将信号放大至V量级,因此设置次级放大增益为30,这里采用普通的四运放LM324。由于心电信号中常混有直流和基线漂移干扰,因此应在第1级和次级放大电路之间加高通滤波器,可有效避免心电信号的基线漂移,相应的高频干扰信号可通过放大器输入端电路和一个截止频率为100 Hz的二阶低通滤波器予以滤除。此外,通过陷波器滤除50 Hz工频干扰。经上述信号处理后,心电信号接入微处理器LPC2210的P0.27引脚(AIN0)由其内部A/D转换模块完成A/D转换。根据采样定理,采样频率应保证高于其2倍,因此在A/D转换中将采样频率设置为500 Hz。图2为信号调理电路。

信号调理电路

  2.2 ARM7微处理器及外围电路

  LPC2210是PHILIPS公司开发的基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI CPU的微控制器。该器件具有144引脚封装、极低功耗、多个32位定时器、8路10位A/D转换器、PWM输出以及多达9个外部中断,使其适用于工业控制、医疗系统、访问控制和电子收款机(POS)。

  该系统设计的A/D转换部分采用LPC2210自带的8通道10位A/D转换模块,简化电路设计。由于LPC2210无片内Flash,且LPC2210片内SRAM仅有16 KB,考虑到系统中需加载一个嵌入式操作系统μC/OS-II和TCP/IP协议栈,16 KB空间远远不够,所以片外加载一个SRAM IS61LV25616AL和一个Flash SST39VF160,具体电路如图3所示。

存储器接口电路

  2.3 网口电路

  由于LPC2210不带以太网接口控制器,因此需增加一块以太网控制器实现以太网传输。目前比较常用的10 Mb/s嵌入式以太网器件有RTL8019、CS8900等,这里选用RTL8019AS。RTL8019AS是一款NE2000兼容的ISA总线以太网控制器,该器件的主要特点为:符合IEEE 802.310 Base2和1OBaseT标准;网络传输速率为10 Mbit/s,支持CSMA/CD传输协议;自动奇偶检测及纠错;支持即插即用方式(PnP)和非即插即用方式(Non-PnP),可通过软件设置中断、输入和输出地址等网络参数;支持两种接口类型,并能自动侦测介质类型,BNC端口用于连接同轴电缆,RJ45端口用于屏蔽双绞线;支持全双工模式;内建16 KB SRAM。

  系统中RTL8019AS工作在跳线模式,其基地址为0x300。所以电路上RTL8019AS的引脚SA6,SA7,SA10~SA19均接地,SA9接电源,SA8与LPC2210地址总线A22相连,SA5与LPC2210的外部存储器Bank3片选CS3相连。RTL8019AS与LPC2210的具体连接关系如表1所示。当SA8为1,SA5为0时,选中RTL8019AS,即LPC2210与RTL8019AS之间的映射关系是:0x83400000~0x8340001F,0x300~0x31F。

RTL8019AS与LPC2210的具体连接关系

  3 系统软件设计

  由于μC/OS-Ⅱ操作系统是源代码公开的、共享的并且可移植性、可裁减性非常好,通过信号、邮箱及队列能够很好的实现任务问的实时通讯、系统同步及多任务间的管理和调度,所以这里选用μC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统作为平台。

  首先进行μC/OS-II的移植,对μC/OS-II的移植实际上就是重写或修改与处理器有关的代码。主要是编写OS_CPU.H,OS_CPU_ A.S,OS_CPU_C.C这3个文件。在完成μC/OS-Ⅱ代码移植后,把TCP/IP协议栈加载到该系统中,即完成程序运行平台的搭建工作。


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