基于ARM架构的监护系统的研究与设计

2010-10-28 20:01:22来源: 互联网

1 引言

  随着我国经济的快速发展、城市化进程的日益加速、人们生活节奏的不断加快,越来越多的人们开始感到自己的健康每况愈下,很多人直至病情突发才明白。据报道,我国绝大多数人都处于亚健康状态。随着现代电子技术的发展,16/32位CPU的广泛应用,传统的生理信号监护仪的CPU系统也在逐渐的由8位 CPU向更高位数的处理器发展。随着监护仪功能的强大,对数据处理速度的要求越来越高,使得8位CPU的发展受到了限制,16/32位CPU可以在远高于 8位CPU的时钟频率下正常工作,数据一次性吞吐量大,处理器的价格却在下降,16/32位CPU开始被广泛应用于生理信号监护仪中。

  该监护系统采用了ARM7系列芯片中的LPC2292嵌入式微处理器,主要用来测量人体的生理参数,如:心电图、血压、血氧饱和度、体温等。因为系统需要采集、处理大量的数据信息,而在CPU上用单任务的软件来处理这些数据信息是很难的,甚至是不可能的。因此在设计中选用可同时处理多任务的 μC/OS-Ⅱ操作系统。其提供了安全可靠的操作系统平台,缩短了开发周期。

2 系统硬件设计

  ARM 7系列芯片LPC2292最小系统如图1所示:


  系统的总体结构框图如图2所示:


  由图2可看出整个系统以ARM 7系列芯片LPC2292为核心,在其外围扩展一些外围电路,从而实现了对人体生理参数:心电、血压、血氧饱和度、体温的安全检查。系统通过心电模块、血压模块、血氧饱和度模块、体温模块采集人体的生理参数、调理电路对这些信号进行滤波和放大,LPC2292自带的A/D转换器将传输过来的模拟信号转换为数字信号,最后人体的各参数指标通过LCD显示。

  2.1 ARM系统模块

  ARM系统是这个系统的控制中心,主要完成运算、控制、管理等工作,是系统工作的核心模块。该系统采用的ARM 7系列芯片LPC2292,他是基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位CPU,并带有256 kb嵌入的高速FLASH存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使2位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用16 位Thumb模式将代码规模降低超过30%,而性能的损失却很小。由于LPC2292的144脚封装、极低的功耗、多个32位定时器、8路10位ADC、 2路PWM通道以及多达9个外部中断使他们特别适用于医疗系统、汽车、工业控制应用以及容错维护总线。

  2.2 LCD显示模块

  LCD显示模块主要完成数据显示、输出数据与显示数据的同步等功能。由于LPC2292中没有液晶控制器的功能模块,如果所选择的液晶屏内部也没有液晶控制器,那么,要使CPU可以对液晶进行控制,就必须加设计一个液晶驱动控制电路。因此本系统中选择自带控制器的液晶屏HLM6323。他是5英寸伪彩液晶屏,像素是320×240点阵,每个点需要RGB三色数据,每种色需要1个字节数据表示。而设计要求需要连续观看图图像,根据标准需要每秒钟25帧图像,那么每秒至少需要传输数据为25×8×320×240=15 360 000位数据,若选用串行传输,则需要4.6 Mb/s的串行传输速度,但是遗憾的是,没有任何一种串行标准传输大于这个速度,因此,势必需要选择并行的数据传输。

  2.3 报警模块

  当测得的生理参数,如心电、血压、血氧饱和度、体温超过预设的正常值,则产生报警,提醒患者赶紧进行治疗或医护人员需进行抢救措施。

  2.4 FLASH数据存储器以及USB接口

  为了能够确保实时数据的保存,以及提取,从而设计此模块。本系统中选择NAND08GW3D2系列的存储器芯片。由于该芯片不同存储密度器件引脚一致,因此系统可以在电路不做改动的情况下升级为高容量存储器件。通过USB设备接口芯片ISP1161A1扩展出一个USB的设备接口。通过该USB接口,可以实现将监护系统记录的数据上传到PC机,PC机也可以通过该接口下载程序到LPC2292处理器的存储器中。

  2.5 系统电源

  电源设计是一个系统设计中的关键部分,对于整个系统,一个稳定的、具有一定功率的电源和合理的电源管理是必不可少的。本系统有以下几种电源:CPU 的内核数字和模拟电源电压+1.8 V,CPU的I/O口数字和模拟电源电压+3.3 V、总线的隔离电源、LCD的驱动电源、LCD的背光逆变电源、其他外围设备电源电压+5 V等电源。

3 软件设计

  本系统的软件设计主要包括ARM的应用程序的开发和μC/OS-Ⅱ操作系统的移植2个基本部分。ARM的应用程序主要包括LCD显示程序、 FLASH存储程序、USB通信程序、键盘扫描程序、A/D程序和报警程序等。μC/OS-Ⅱ操作系统是协调LPC2292对程序的任务管理和调度。整个系统的软件流程图如图3所示。
 



  

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关键字:监护系统  ARM监护系统  监护系统设计

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2010/1028/article_1605.html
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