基于S3C2410設計三導聯(lián)遠程心電監護

　　1 引 言

　　隨著(zhù)人們生活水平的提高、生活節奏的加快，心血管疾病的發(fā)病率迅速上升，已成為威脅人類(lèi)身體健康的主要因素之一。而心電圖則是治療此類(lèi)疾病的主要依據，具有診斷可靠，方法簡(jiǎn)便，對病人無(wú)損害的優(yōu)點(diǎn)，在現代醫學(xué)中，變得越來(lái)越重要。常規心電圖是病人在靜臥情況下由心電圖儀記錄的心電活動(dòng)，歷時(shí)僅為幾s～1 m，只能獲取少量有關(guān)心臟狀態(tài)的信息，所以在有限時(shí)間內即使發(fā)生心率失常，被發(fā)現的概率也是很低的。因此有必要通過(guò)相應的監護裝置對患者進(jìn)行長(cháng)時(shí)間的實(shí)時(shí)監護，記錄患者的心電數據。又由于心臟病的發(fā)生具有突發(fā)性的特點(diǎn)，患者不可能長(cháng)時(shí)間地靜臥在醫院，但又需實(shí)時(shí)得到醫護人員的監護，所以研發(fā)相應的便攜式無(wú)線(xiàn)心電監護產(chǎn)品就顯得更加重要。

　　目前雖說(shuō)國內已有成型的無(wú)線(xiàn)心電監護產(chǎn)品，但其采用的方案大都是“采集器+發(fā)送器(PDA或手機)”，這必然導致其價(jià)格昂貴，且PDA或手機的其他功能對于絕大部分患者完全沒(méi)有必要，所以到目前為止國內實(shí)用的無(wú)線(xiàn)心電監護產(chǎn)品領(lǐng)域還是空白。本文所述的遠程心電監護系統是在醫院的提案基礎之上，進(jìn)行充分調研之后設計的總體方案，主要實(shí)現如下功能：

　　三導聯(lián)心電信號采集;

　　無(wú)線(xiàn)傳輸緊急情況下40 s的心電數據及診斷結果;

　　24小時(shí)心電圖連續記錄;

　　通過(guò)高速USB上傳心電數據至PC機;

　　緊急呼叫。

　　2 系統總體設計

　　作為便攜式手持遠程移動(dòng)終端，在設計時(shí)應充分考慮其體積小，功耗低，存儲容量大和處理速度高的要求，因此在CPU的選擇上十分慎重。經(jīng)過(guò)資料收集和反復比較，最終選擇了Samsung公司推出的基于A(yíng)RM920T內核的S3C2410處理器，該處理器資料豐富，性?xún)r(jià)比高。

　　采用RISC架構的ARM微處理器一般具有如下特點(diǎn)：

　　體積小，功耗低，成本低，性能高;

　　支持Thumb(16位)/ARM(32位)雙指令集;

　　大量使用寄存器，使指令執行速度更快;

　　尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執行效率高;

　　指令長(cháng)度固定。

　　可以看出基于A(yíng)RM的嵌入式處理器是便攜式手持終端的最佳選擇，所以在設計系統方案時(shí)首先定位在該系列處理器上。S3C2410處理器基于A(yíng)RM920T處理器核，采用0.18 μm制造工藝的32位微控制器，采用五級流水線(xiàn)和哈佛結構，最高運行頻率為203 MHz。該處理器具有：獨立的16 KB指令Cache和16KB數據Cache、MMU、支持TFT的LCD控制器、NAND閃存控制器、3路UART、4路帶PWM的Timer、豐富的I/O口、8路10位ADC、Touch Screen接口、IICBUS接口，以及2個(gè)USB主機和1個(gè)USB設備等豐富的外圍設備。

　　S3C2410提供了一套較完整的通用外圍設備，且使整個(gè)系統的功耗最低，從而免去了添加、配置附加外圍接口的麻煩，有效地縮小了線(xiàn)路板的面積，這也正是本系統選擇該處理器的重要原因。

　　系統的整體結構如圖1所示，以S3C2410為核心，外擴了8 MB的NOR FLASH、64 MB的NAND FLASH以及16 MB的SDRAM等存儲芯片，通過(guò)GPIO口擴展了鍵盤(pán)、LCD和蜂鳴器等人機接口單元，對外提供USB和UART等通信接口，同時(shí)連接了Siemens公司的MC35模塊，以實(shí)現無(wú)線(xiàn)傳輸和緊急呼叫功能。從系統的總體功能結構來(lái)看，可將系統劃分為5個(gè)模塊：電源模塊、心電數據采集模塊、數據無(wú)線(xiàn)傳輸模塊、圖形用戶(hù)界面模塊、數據存儲管理模塊。

　　圖1 系統總體結構

　　2.1 電源模塊原文位置

　　系統采用單節1700 mAh鋰離子可充電電池供電，但隨著(zhù)電量的釋放，電壓也在不斷降低，變化范圍為4.2~2.75 V。而本系統中分別需要一個(gè)4.3 V的MC35工作電壓、一個(gè)3.3 V的I/O電壓、一個(gè)1.8 V的CPU核電壓和一個(gè)1.8 V的CPU職守電壓。為了滿(mǎn)足系統的要求，電源電路中必須同時(shí)具備升壓穩壓器和低壓差線(xiàn)性穩壓器。為了解決該問(wèn)題系統采用1個(gè)開(kāi)關(guān)型升壓DCDC穩壓器、1個(gè)3.3 V極低壓差線(xiàn)性穩壓器和2個(gè)帶有Shutdown引腳的1.8 V低壓差線(xiàn)性穩壓器來(lái)組成供電系統，供電方案如圖2所示。

　　圖2 電源模塊方案