基于LPC2478的嵌入式智能胰島素泵的設計

　　概述

　　當前全球范圍內，每10秒鐘就有一個(gè)糖尿病患者因并發(fā)癥死亡，在同一個(gè)10秒鐘內，又會(huì )新增兩例糖尿病患者;受糖尿病影響的人口總數約為2.46億，預計在未來(lái)20年內糖尿病患者的數量會(huì )上升至3.8億。糖尿病是一種終身代謝性疾病，若能得到有效控制，患者可以終生帶病而不影響工作和生活;若控制不當，會(huì )導致心血管疾病、血脂異常、失明、腎功能衰竭及截肢等嚴重并發(fā)癥。

　　現有的胰島素泵往往只可以注入胰島素，而缺乏對患者體內血糖的監測能力，是一個(gè)“半開(kāi)環(huán)”系統。隨著(zhù)國民經(jīng)濟和人們生活水平的提高，患者對醫療儀器的需求正不斷增長(cháng)，對其性能需求也不斷提高。因此，我們有必要設計一種基于嵌入式系統的智能胰島素泵，具有注射和監測兩種功能，實(shí)現真正的“閉環(huán)”控制，把糖尿病對患者生活帶來(lái)的不便降到最低。并且其體積小巧、價(jià)格低廉、能滿(mǎn)足廣大糖尿病患者的健康需要，因此智能胰島素泵的研制具有廣闊的應用及市場(chǎng)前景。

　　系統實(shí)現

　　嵌入式智能胰島素泵主要包含主處理器、電源及復位、LCD觸摸屏、泵驅動(dòng)模塊和信號采集模塊。借助了高度集成的LPC2478微控制器，芯片內部集成了USB控制器、以太網(wǎng)接口、PWM、ADC以及方便的LCD顯示接口。其中USB用來(lái)傳輸數據，ADC用來(lái)采集血糖信號，PWM功能用于驅動(dòng)泵的工作，LCD接口提供人機交互顯示部分，以太網(wǎng)接口將提供網(wǎng)絡(luò )服務(wù)功能。

　　由于目前的胰島素泵僅僅作為輸入胰島素的裝置，不能自動(dòng)感知使用者體內血糖濃度，也不能自動(dòng)將血糖控制到正常。因此本次設計在胰島素泵原有功能基礎上，加入血糖監測功能，間隔一定時(shí)間對血糖值進(jìn)行采集，通過(guò)比對即時(shí)調整臨時(shí)注射量。通過(guò)LCD觸摸屏可以方便查詢(xún)血糖值和歷史注射記錄。USB和以太網(wǎng)可以與PC機進(jìn)行數據交換并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送給醫生。醫生通過(guò)血糖圖來(lái)制定相應的治療方案，并依據治療方案可重新設定胰島素的注入量。采用友好的人機交互界面，為糖尿病患者帶來(lái)極大方便，幫助患者擺脫生活不便的苦惱。

　　本系統在胰島素泵原有功能基礎上，加入血糖監測功能，真正起到人工胰的功能。將存儲的數據繪制成血糖圖，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸給醫生，以便醫生制定相應的治療方案，最終實(shí)現個(gè)人—儀器—醫療機構一體化的治療。

　　硬件平臺采用自己繪制的PCB板，包括微控制器模塊、電機驅動(dòng)模塊、LCD顯示模塊、信號采集放大電路、USB接口模塊和以太網(wǎng)接口模塊六部分，硬件原理圖如圖1所示。

　　微處理模塊

　　微處理模塊采用以ARM7 TDMI-S為內核的LPC2478芯片。其運行電壓范圍是3.3V~3.5V ，具有512kB片內高速Flash存儲器、1個(gè)外部存儲器控制器(EMC)、1個(gè)LCD控制器、1個(gè)10/100的以太網(wǎng)媒體訪(fǎng)問(wèn)控制器(MAC)、1個(gè)USB全速Device/Host/OTG控制器、1個(gè)10位的ADC和1個(gè)PWM單元等片內資源。

　　LCD顯示模塊

　　由于LCD控制器集成在LPC2478微控制器，所以簡(jiǎn)化了系統設計，降低了開(kāi)發(fā)難度，提供了低成本、低功耗和高效的LCD顯示的解決方案。LCD接口電路如圖2所示，基于A(yíng)DS7843的4線(xiàn)觸摸屏接口電路如圖3所示。

　　電機驅動(dòng)模塊

　　微型泵驅動(dòng)電路采用ROHM的H橋式驅動(dòng)器，其低壓、方便的PWM信號(20kHz~100kHz)輸入對電機進(jìn)行速度控制，為系統提供了高效率和低功耗的解決方案。電路如圖4所示。