采用USB接口的心電圖熱敏打印機系統設計

心電圖機是描記心臟組織活動(dòng)所產(chǎn)生的生物電信號以及現代醫學(xué)科學(xué)研究和l臨床診斷中使用非常廣泛的一種精密電子醫療儀器。由于它診斷可靠，操作簡(jiǎn)便，對病人無(wú)損傷，故在臨床上得到廣泛的應用，而作為心電圖檢測結果直觀(guān)的輸出方式和手段，心電圖機微型打印機是必不可少的。

目前，醫院中使用的多為傳統機械式心電打印機，存在著(zhù)打印效率低、噪聲污染嚴重、心電波形失真等缺點(diǎn)。近年來(lái)uSB技術(shù)有了飛速的發(fā)展，很多臺式打印機已經(jīng)應用了該技術(shù)。但是采用USB接口技術(shù)的心電圖機熱敏打印機卻很少。本系統就采用了USB接口與心電圖機相連，同時(shí)也可以與PC心電圖機進(jìn)行連接打印。

1 心電圖熱敏打印機的硬件設計

1.1 系統的總體結構

硬件系統由控制器、走紙電機、uSB接口、熱敏打印頭及其檢測和保護電路等組成，組成框圖如圖1所示。

1.2 ARM控制器的選擇

由于本系統要求打印最高速度達50 mm／s，所以對于處理器給打印頭傳送數據的速度就要求很高。一般熱敏打印頭數據通過(guò)串行傳送，所以通過(guò)SPI口傳送是最佳方式，而普通8位單片機在處理速度上就有缺陷，難以滿(mǎn)足整體要求，因此決定選用Atlnel公司的ARM7內核芯片AT91SAM7S64作為控制器。該芯片具有64 KB的片內高速Flash存儲器，16 KB的片內高速SRAM(可以在最高時(shí)鐘速度下進(jìn)行單時(shí)鐘周期訪(fǎng)問(wèn)操作)；1個(gè)USB 2．O全速(12 Mbps)設備端口，片上收發(fā)器，328字節可編程的FIFO；主／從串行外設接口(SPI)，8～16位可編程的數據長(cháng)度，4個(gè)片選線(xiàn)。本設計將用USB口與臺式或PC心電圖機通信，SPI口控制打印頭，同時(shí)具有大容量的數據存儲及高速數據處理能力。所以無(wú)論從集成度，還是性?xún)r(jià)比來(lái)看，都是理想的選擇。

1.3 熱敏打印頭的選擇及控制

熱敏打印技術(shù)最早使用在傳真機上，其基本原理是將打印機接收的數據轉換成點(diǎn)陣信號控制熱敏單元的加熱．把熱敏紙上熱敏涂層顯影。這種技術(shù)只能使用專(zhuān)用的熱敏紙。熱敏紙上涂有一層遇熱就會(huì )產(chǎn)生化學(xué)反應而變色的涂層，類(lèi)似于感光膠片，不過(guò)該涂層是遇熱后變色顯影。利用熱敏涂層的這種特性，研究出了熱敏打印技術(shù)。熱敏打印技術(shù)的關(guān)鍵在于加熱元件。熱敏打印機芯上有一排微小的半導體元件。這些元件排得很密，從2·90dpi～600dpi不等。這些元件在通過(guò)一定電流時(shí)會(huì )很快產(chǎn)生高溫，當熱敏紙的涂層遇到這些元件時(shí)，在極短的時(shí)間內溫度會(huì )升高，涂層就會(huì )發(fā)生化學(xué)反應，顯出顏色。

熱敏打印機接收到打印數據后，將打印數據轉換為位圖數據，然后按照位圖數據的點(diǎn)控制打印機芯上的發(fā)熱元件通過(guò)電流，這樣就把打印數據變成打印紙上的打印內容了。

由于本設計要求最多能同時(shí)打印12導聯(lián)的心電波形，所以對打印頭的寬度和分辨率要求很高。經(jīng)過(guò)認真的性能比較，選用了C216型行式打印頭，其打印寬度可達216 mm，即1728點(diǎn)／行。熱敏打印頭的電路連接如圖2所示。