基于A(yíng)RM的嵌入式多參數監護儀設計與實(shí)現

1　引　言

多參數監護儀廣泛應用于ICU、CCU、病房、手術(shù)室等。目前我國也有自主知識產(chǎn)權的產(chǎn)品,如邁瑞、金科威、金腦人等,但與GE、飛利浦世界先進(jìn)產(chǎn)品比較,在監測和計算、可靠性、實(shí)時(shí)性、穩定性、信號變異的處理分析、遠程傳輸等方面都較落后[1]。嵌入式系統把計算機直接嵌入到應用系統之中,它融合了通信技術(shù)和半導體微電子技術(shù),是信息技術(shù)IT的最終產(chǎn)品[2]。因此將嵌入式系統,網(wǎng)絡(luò )等技術(shù)應用于醫用監護儀領(lǐng)域,能使多參數監護儀順應現代醫用監護儀市場(chǎng)縮小體積,提高數據處理能力,遠程醫療等方面的要求。

本文介紹一種基于A(yíng)RM的實(shí)時(shí)監護系統,它將32位RISC結構的ARM內核處理器與實(shí)時(shí)多任務(wù)嵌入式系統相結合,并通過(guò)嵌入式TCP/IP協(xié)議棧為平臺添加網(wǎng)絡(luò )傳輸功能,構建一個(gè)新型的多參數監護儀系統。

2　系統硬件設計

醫用監護儀具有以下幾個(gè)方面功能:測量功能、分析功能、報警功能、打印功能、網(wǎng)絡(luò )通信功能等。六參數模塊通過(guò)導聯(lián)端、光手指、袖帶獲得人體的心電、無(wú)創(chuàng )血壓、血氧、脈率、呼吸、體溫六參數信號,通過(guò)串口通信方式與以ARM7為內核的嵌入式處理器相連,數據從串口送到ARM7中 央處理器,通過(guò)多任務(wù)調度,進(jìn)行實(shí)時(shí)數據處理,并在LCD上實(shí)時(shí)顯示各種信號的圖形和數值,還可以由外部鍵盤(pán)控制,進(jìn)行存儲和網(wǎng)絡(luò )發(fā)送,并對各種檢測信號設置報警線(xiàn),對超出報警范圍的檢測情況進(jìn)行報警。硬件結構圖1所示。

　　圖1　多參數監護儀硬件結構圖

3　開(kāi)發(fā)系統軟件設計

3.1　軟件開(kāi)發(fā)總體介紹

利用PC機運行的Hitool forARM開(kāi)發(fā)環(huán)境下調試程序:首先運行系統、Memory及I/O端口的初始化程序,隨后進(jìn)入主程序,采用外部中斷方式,判斷是否有鍵輸入,若有則調用鍵盤(pán)控制子程序進(jìn)行識別所按下的鍵,根據鍵盤(pán)的控制執行相應的任務(wù);若無(wú)就調用串口讀入程序,采集心電、血氧、血壓等數據,并判別所采集數據的類(lèi)型,存入不同地址的SDRAM中,并依次分類(lèi)進(jìn)行處理,處理完畢,判斷是否超越各自的報警限,若是則調用報警程序和顯示程序,若否則直接調用顯示程序;這樣,各種數據就實(shí)時(shí)地采集進(jìn)來(lái),并在LCD上顯示測試數值和心電、呼吸波形。其中測試數值按每分鐘存儲,心電、呼吸波形按鍵存儲,按翻頁(yè)鍵可以調出相應的存儲波形并進(jìn)行顯示;根據打印和網(wǎng)絡(luò )命令進(jìn)行打印和網(wǎng)絡(luò )命令處理等。程序主要用C語(yǔ)言編寫(xiě)。

3.2　串口的處理

硬件接口采用標準RS-232C異步串行接口,選用發(fā)送 (TXD)、接收(RXD)和地線(xiàn)的三線(xiàn)方式,其它的握手信號直接懸空。要實(shí)現六參數模塊與S3C44BO之間的串口通信,必須使兩者采用相同的數據傳輸方式,它們通信的數據格式如下;波特率為9600bps, 8位數據位, 1位停止位,無(wú)奇偶校驗位。

另外,在I/O端口初始化程序中,定義Uart_Init函數,對串行口各寄存器進(jìn)行初始化,配置參數時(shí)鐘和波特率等。在設計中主要進(jìn)行以下串行口寄存器設置:

UART線(xiàn)性控制寄存器ULCON1=0x3;

UART控制寄存器UCON1=0x245;

UART先進(jìn)先出控制寄存器UFCON1=0x1;

UART波特率寄存器UBRDTV,根據公式計算出。

在串口讀入程序中,采用了中斷方式,來(lái)實(shí)現雙向數據傳輸,達到實(shí)時(shí)控制的目的。串口程序數據接收過(guò)程為:調用Uart_Getch()函數讀入N個(gè)字符,以數組的方式放置在SDRAM中,然后進(jìn)行數據處理。在lib.C程序中部分源代碼如下:

　　charUart_Getch()

　　{…

　　while(! (rUTRSTAT1& 0x1)); //Receive data ready

　　return rURXH1;

　　…}

3. 3　LCD顯示

當有新數據需要顯示時(shí), LCD顯示模塊將新的采樣數據寫(xiě)入LCD顯示存儲器中, S3C44BO芯片所支持的LCD控制器在不需要CPU介入的情況下,通過(guò)專(zhuān)用DMA自動(dòng)地將需要顯示的數據從顯示存儲器傳送到LCD顯示器中。LCD顯示器不斷地接收數據,就在LCD上顯示監測內容。

3. 3. 1　LCD初始化

定義Lcd_MonoInit()函數,在LCD的三個(gè)控制寄存器中,設置LCD掃描寬度等與硬件時(shí)序有關(guān)的量:如:使用160