基于ARM与μC/OS-Ⅱ的胰岛素泵的设计

　　1引言

　　胰岛素泵是以人体仿生学原理制造的模仿人体正常胰腺工作的用于治疗糖尿病的重要医疗仪器。 胰岛素泵又称开环人工胰岛、采用持续皮下胰岛素输入法,将人体平时所需要的胰岛素基础量按照正常胰腺分泌规律持续不断地向体内输注, 同时对餐前所需要的大剂量胰岛素适时地向体内输注, 以供应正常人体需要,从而使血糖控制平稳,使患者恢复正常的生活,提高生活质量。

　　现今国内胰岛素泵多为国外公司生产,器械部分价格较高,如果附加药品的开销, 价格将超出一般工薪阶层所能承受的底线。因此一旦出现低价位的同质量国产胰岛素泵,将会有非常好的市场前景,并对我国的医疗事业,特别是在糖尿病的治疗方面将产生极大的推动作用。 本文研制的胰岛素泵采用 PHILIPS 公司研制的基于 ARM7TDMI-S 核心的 LPC2138 微控制器,在分析需求的基础上对硬件以及电路进行选型与设计, 并完成了硬件驱动的开发, 移植了 μC/OS-II 实时操作系统, 设计了基于 μC/OS-II 的进程与进程调度算法, 最终完成一个胰岛素泵的测试泵系统,使得该系统具有 LCD 图形界面、键盘控制输入、药物注射、以及记录存档和记录访问的功能。

　　2硬件模块功能划分

　　胰岛素泵硬件系统分为如图1 的几个功能模块。

　　它们分别是:(1)主控模块;(2)存储模块;(3)键盘控制模块;(4)132×65 点阵 LCD 显示模块;(5)报警模块;(6)串口通讯模块;(7)A/D 电源能量检测模块;(8)实时时钟模块;(9)电机控制模块。胰岛素泵是一种便携性的嵌入式的医疗设备, 该设备的使用者为糖尿病治疗医生与糖尿病患者。 用户与胰岛素泵进行交互后,胰岛素泵将根据交互需求而实现其工作行为。用户通过键盘控制模块与 LCD 显示模块进行交互,以此来完成对胰岛素泵的功能设置。 设置结束后,胰岛素泵将进入它的正常工作状态,注射事件的触发是依赖于实时时钟模块, 每当实时时钟模块数据满足注射事件的触发条件, 主控制模块将驱动电机控制模块实现注射行为。 假如注射过程中出现了意外(无药、针桶堵塞等)将产生报警事件以提醒用户。为了保证用户对产品的持续使用,对电源的电量状态进行检测,如果发现电源电量不足时,将产生电量低事件, 并通过报警模块对用户进行提示来响应事件通知用户。 在以上的工作情况中所产生的事件都将以日志的方式存放在信息存储模块之上,以供用户做历史查询之用。历史日志信息可以通过串口通讯模块上传到 PC 机,以便长期保存并管理。考虑到将来产品的维护与升级,还可通过串口通讯模块,通过友好的用户界面,完成系统软件更新。

　　在本项目中, 主控模块采用 PHILIPS 公司研发的 LPC2138微控器, 该 MCU 基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的 32/16位 ARM7TDMI-STM CPU 的微控制器, 128 位宽度的存储器接口和独特的加速结构使 32 位代码能够在最大时钟速率下运行。 该 MCU 具有丰富的片上资源, 它拥有多个 32 位定时器、2个 10 位 8 路 ADC、10 位 DAC、PWM 通道和 47 个 GPIO 以及多达 9 个边沿或电平触发的外部中断使它们特别适用于工业控制和医疗系统。