采用USB接口的心電圖熱敏打印機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

心電圖機(jī)是描記心臟組織活動(dòng)所產(chǎn)生的生物電信號(hào)以及現(xiàn)代醫(yī)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(yī)療儀器。由于它診斷可靠，操作簡便，對(duì)病人無損傷，故在臨床上得到廣泛的應(yīng)用，而作為心電圖檢測結(jié)果直觀的輸出方式和手段，心電圖機(jī)微型打印機(jī)是必不可少的。

目前，醫(yī)院中使用的多為傳統(tǒng)機(jī)械式心電打印機(jī)，存在著打印效率低、噪聲污染嚴(yán)重、心電波形失真等缺點(diǎn)。近年來uSB技術(shù)有了飛速的發(fā)展，很多臺(tái)式打印機(jī)已經(jīng)應(yīng)用了該技術(shù)。但是采用USB接口技術(shù)的心電圖機(jī)熱敏打印機(jī)卻很少。本系統(tǒng)就采用了USB接口與心電圖機(jī)相連，同時(shí)也可以與PC心電圖機(jī)進(jìn)行連接打印。

1 心電圖熱敏打印機(jī)的硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

硬件系統(tǒng)由控制器、走紙電機(jī)、uSB接口、熱敏打印頭及其檢測和保護(hù)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(tǒng)要求打印最高速度達(dá)50 mm／s，所以對(duì)于處理器給打印頭傳送數(shù)據(jù)的速度就要求很高。一般熱敏打印頭數(shù)據(jù)通過串行傳送，所以通過SPI口傳送是最佳方式，而普通8位單片機(jī)在處理速度上就有缺陷，難以滿足整體要求，因此決定選用Atlnel公司的ARM7內(nèi)核芯片AT91SAM7S64作為控制器。該芯片具有64 KB的片內(nèi)高速Flash存儲(chǔ)器，16 KB的片內(nèi)高速SRAM(可以在最高時(shí)鐘速度下進(jìn)行單時(shí)鐘周期訪問操作)；1個(gè)USB 2．O全速(12 Mbps)設(shè)備端口，片上收發(fā)器，328字節(jié)可編程的FIFO；主／從串行外設(shè)接口(SPI)，8～16位可編程的數(shù)據(jù)長度，4個(gè)片選線。本設(shè)計(jì)將用USB口與臺(tái)式或PC心電圖機(jī)通信，SPI口控制打印頭，同時(shí)具有大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及高速數(shù)據(jù)處理能力。所以無論從集成度，還是性價(jià)比來看，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(jī)上，其基本原理是將打印機(jī)接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成點(diǎn)陣信號(hào)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(yīng)而變色的涂層，類似于感光膠片，不過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(jī)芯上有一排微小的半導(dǎo)體元件。這些元件排得很密，從2·90dpi～600dpi不等。這些元件在通過一定電流時(shí)會(huì)很快產(chǎn)生高溫，當(dāng)熱敏紙的涂層遇到這些元件時(shí)，在極短的時(shí)間內(nèi)溫度會(huì)升高，涂層就會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，顯出顏色。

熱敏打印機(jī)接收到打印數(shù)據(jù)后，將打印數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為位圖數(shù)據(jù)，然后按照位圖數(shù)據(jù)的點(diǎn)控制打印機(jī)芯上的發(fā)熱元件通過電流，這樣就把打印數(shù)據(jù)變成打印紙上的打印內(nèi)容了。

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