1 引言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、城市化進(jìn)程的日益加速、人們生活節(jié)奏的不斷加快，越來(lái)越多的人們開(kāi)始感到自己的健康每況愈下，很多人直至病情突發(fā)才明白。據(jù)報(bào)道，我國(guó)絕大多數(shù)人都處于亞健康狀態(tài)。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，16/32位CPU的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的生理信號(hào)監(jiān)護(hù)儀的CPU系統(tǒng)也在逐漸的由8位CPU向更高位數(shù)的處理器發(fā)展。隨著監(jiān)護(hù)儀功能的強(qiáng)大，對(duì)數(shù)據(jù)處理速度的要求越來(lái)越高，使得8位CPU的發(fā)展受到了限制，16/32位CPU可以在遠(yuǎn)高于8位CPU的時(shí)鐘頻率下正常工作，數(shù)據(jù)一次性吞吐量大，處理器的價(jià)格卻在下降，16/32位CPU開(kāi)始被廣泛應(yīng)用于生理信號(hào)監(jiān)護(hù)儀中。
該監(jiān)護(hù)系統(tǒng)采用了ARM7系列芯片中的LPC2292嵌入式微處理器，主要用來(lái)測(cè)量人體的生理參數(shù)，如：心電圖、血壓、血氧飽和度、體溫等。因?yàn)橄到y(tǒng)需要采集、處理大量的數(shù)據(jù)信息，而在CPU上用單任務(wù)的軟件來(lái)處理這些數(shù)據(jù)信息是很難的，甚至是不可能的。因此在設(shè)計(jì)中選用可同時(shí)處理多任務(wù)的μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)。其提供了安全可靠的操作系統(tǒng)平臺(tái)，縮短了開(kāi)發(fā)周期。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
ARM 7系列芯片LPC2292最小系統(tǒng)如圖1所示：
系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
由圖2可看出整個(gè)系統(tǒng)以ARM 7系列芯片LPC2292為核心，在其外圍擴(kuò)展一些外圍電路，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)人體生理參數(shù)：心電、血壓、血氧飽和度、體溫的安全檢查。系統(tǒng)通過(guò)心電模塊、血壓模塊、血氧飽和度模塊、體溫模塊采集人體的生理參數(shù)、調(diào)理電路對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行濾波和放大，LPC2292自帶的A/D轉(zhuǎn)換器將傳輸過(guò)來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，最后人體的各參數(shù)指標(biāo)通過(guò)LCD顯示。
2.1 ARM系統(tǒng)模塊
ARM系統(tǒng)是這個(gè)系統(tǒng)的控制中心，主要完成運(yùn)算、控制、管理等工作，是系統(tǒng)工作的核心模塊。該系統(tǒng)采用的ARM 7系列芯片LPC2292，他是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的16/32位CPU，并帶有256 kb嵌入的高速FLASH存儲(chǔ)器。128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使2位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過(guò)30%，而性能的損失卻很小。由于LPC2292的144腳封裝、極低的功耗、多個(gè)32位定時(shí)器、8路10位ADC、2路PWM通道以及多達(dá)9個(gè)外部中斷使他們特別適用于醫(yī)療系統(tǒng)、汽車(chē)、工業(yè)控制應(yīng)用以及容錯(cuò)維護(hù)總線(xiàn)。
2.2 LCD顯示模塊
LCD顯示模塊主要完成數(shù)據(jù)顯示、輸出數(shù)據(jù)與顯示數(shù)據(jù)的同步等功能。由于LPC2292中沒(méi)有液晶控制器的功能模塊，如果所選擇的液晶屏內(nèi)部也沒(méi)有液晶控制器，那么，要使CPU可以對(duì)液晶進(jìn)行控制，就必須加設(shè)計(jì)一個(gè)液晶驅(qū)動(dòng)控制電路。因此本系統(tǒng)中選擇自帶控制器的液晶屏HLM6323。他是5英寸偽彩液晶屏，像素是320×240點(diǎn)陣，每個(gè)點(diǎn)需要RGB三色數(shù)據(jù)，每種色需要1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)表示。而設(shè)計(jì)要求需要連續(xù)觀看圖圖像，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)需要每秒鐘25幀圖像，那么每秒至少需要傳輸數(shù)據(jù)為25×8×320×240=15 360 000位數(shù)據(jù)，若選用串行傳輸，則需要4.6 Mb/s的串行傳輸速度，但是遺憾的是，沒(méi)有任何一種串行標(biāo)準(zhǔn)傳輸大于這個(gè)速度，因此，勢(shì)必需要選擇并行的數(shù)據(jù)傳輸。
2.3 報(bào)警模塊
當(dāng)測(cè)得的生理參數(shù)，如心電、血壓、血氧飽和度、體溫超過(guò)預(yù)設(shè)的正常值，則產(chǎn)生報(bào)警，提醒患者趕緊進(jìn)行治療或醫(yī)護(hù)人員需進(jìn)行搶救措施。
2.4 FLASH數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及USB接口
為了能夠確保實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的保存，以及提取，從而設(shè)計(jì)此模塊。本系統(tǒng)中選擇NAND08GW3D2系列的存儲(chǔ)器芯片。由于該芯片不同存儲(chǔ)密度器件引腳一致，因此系統(tǒng)可以在電路不做改動(dòng)的情況下升級(jí)為高容量存儲(chǔ)器件。通過(guò)USB設(shè)備接口芯片ISP1161A1擴(kuò)展出一個(gè)USB的設(shè)備接口。通過(guò)該USB接口，可以實(shí)現(xiàn)將監(jiān)護(hù)系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)上傳到PC機(jī)，PC機(jī)也可以通過(guò)該接口下載程序到LPC2292處理器的存儲(chǔ)器中。
2.5 系統(tǒng)電源
電源設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵部分，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)，一個(gè)穩(wěn)定的、具有一定功率的電源和合理的電源管理是必不可少的。本系統(tǒng)有以下幾種電源：CPU的內(nèi)核數(shù)字和模擬電源電壓+1.8 V，CPU的I/O口數(shù)字和模擬電源電壓+3.3 V、總線(xiàn)的隔離電源、LCD的驅(qū)動(dòng)電源、LCD的背光逆變電源、其他外圍設(shè)備電源電壓+5 V等電源。
