基于ARM技术的便携式心电监护仪的设计

　　0　引　　言

　　随着社会节奏的不断加快和生活压力的不断增大,人类对自身的健康越来越关注,疾病的预防和保健已成为人类生活中不可或缺的一部分[1]。作为远程医疗的重要组成部分,远程心电监护系统因其能对心脏病患者进行有效的长期监护,越来越受到人们的重视。心电监护仪按结构可以分成以下三类:便携式监护仪、遥测监护仪、Holter记录式心电监测仪[2]。目前心电监护系统的无线化、网络化、人性化是发展趋势,便携式、模块式、易操作、价格低廉的心电监护产品将成为未来市场的主流[3]。本文涉及到的便携式监护仪小巧方便,结构简单,性能稳定,可以随身携带,可由电池供电,一般用于心脏病患者的长期监护。本文主要介绍心电监护仪的软硬件设计与实现。

　　1　硬件系统总体设计

　　本系统选择ATMEL公司的AT91SAM7SE512处理器作为控制核心,AT91SAM7SE512是款性能较强、扩展接口较全的微处理器,基于ARM7内核,具有48 MHz主频,适用于工业控制、医疗仪器、生物测定安全系统以及GPS设备等多种嵌入式应用场合。AT91SAM7SE512提供了丰富的外围设备接口,包括系统高速并行总线,UART、SPI、TWI(I2C)、USB等总线接口,从而减小了添加、配置附加外围接口的困难与开销,简化了电路设计,节省了系统成本。系统的整体结构如图1所示。

　　以AT91SAM7SE512为核心的主板配备了8MB的SDRAM、1G的NandFlash等存储芯片,对外提供SPI、UART、TWI(I2C)及高速并行总线等通信接口,并对其余外部模块(心电数据采集模块、人机接口模块、无线通信模块等)进行统一调度。整个系统的工作流程如下:三个通道的心电信号首先通过硬件放大和滤波后送入多通道16bitADC中进行250 Hz采样与AD转换;转换好的三通道数据通过SPI总线接口送入AT91SAM7SE512中进行处理,包括实时滤波、实时显示、存储。另外,在已有存储数据的情况下,可以进行心电波形的回放以及通过GPRS方式请求向远程医疗服务中心发送数据以进行诊断。以上所有人机交换操作是通过采用带触摸功能的液晶显示屏(彩色320×240分辨率)实现的。

　　2　软件系统总体设计

　　随着嵌入式系统的广泛应用,传统的前/后台程序开发机制已经不能满足日益复杂的需求,因而现在常常采用嵌入式实时操作系统RTOS开发实时多任务系统。嵌入式实时操作系统一般可以提供多任务的任务调度、时间管理、任务间通信和同步以及内存管理等重要服务,使得嵌入式应用程序易于设计和扩展。采用RTOS可以使嵌入式产品更可靠、开发周期更短。μC/OS-Ⅱ因为其本身所具有的源码开放、代码规模极小、运行稳定、执行效率高、实时性好等优点在诸多RTOS中拥有自己的一席之地[4]。代码采用ANSI C编写,具有很强的可移植性和较好的可裁剪性,在移植过程中只需对与处理器相关的一些代码进行修改[5]。