基于MAXQ2010的低功耗便攜式醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)記錄儀的設(shè)計(jì)

許多醫(yī)學(xué)應(yīng)用都需要不用外接電源線和數(shù)據(jù)線的便攜式自供電設(shè)備，最明顯的例子是病人隨身攜帶用來(lái)測(cè)量心率、體溫和其它健康指標(biāo)的便攜式數(shù)據(jù)記錄儀。當(dāng)然，還有很多復(fù)雜應(yīng)用即使通過(guò)外部電源供電，也會(huì)需要一個(gè)小型的電池設(shè)備實(shí)現(xiàn)安全冗余和設(shè)備監(jiān)控，如醫(yī)院病房、病人居室、環(huán)境受控的實(shí)驗(yàn)室或貯藏設(shè)備環(huán)境參數(shù)（包括溫度和濕度）都需要持續(xù)監(jiān)控；另外便攜設(shè)備的安裝使用比需要外接電源和網(wǎng)線的設(shè)備更方便更靈活。在有些情況下，如需要病人隨身攜帶的醫(yī)療設(shè)備，冷庫(kù)的溫度檢測(cè)設(shè)備等，根本無(wú)法外接電源線和網(wǎng)線。

便攜醫(yī)療設(shè)備要求何種功能？首先，必須自帶電源。通?？赏ㄟ^(guò)可充電的或不可充電的電池供電，盡管還有其它方式（如太陽(yáng)能供電），但這取決于對(duì)電壓和電流的要求。不管采用何種電源，電源的效率必須足夠高，而且電池供電的便攜設(shè)備在不需要滿負(fù)荷工作時(shí)應(yīng)可以進(jìn)入“休眠”模式來(lái)盡可能降低功耗，休眠的設(shè)備可以被外部觸發(fā)信號(hào)或定期的被“喚醒”，然后提高運(yùn)算速度（當(dāng)然功耗也會(huì)增加）進(jìn)入正常工作模式。設(shè)備還應(yīng)具備介于滿負(fù)荷工作和“休眠”模式之間的一些工作模式來(lái)執(zhí)行一些簡(jiǎn)單的任務(wù)（如訪問(wèn)存儲(chǔ)器或刷新液晶及LED顯示器數(shù)據(jù)），因?yàn)樵O(shè)備通常僅在某些條件下才會(huì)需要滿負(fù)荷運(yùn)算能力（如對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和解碼），這樣就可以在功耗和運(yùn)算速度之間進(jìn)行某種程度的平衡。

便攜設(shè)備即使支持無(wú)線通信，但并不總是保證能夠接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。取決于網(wǎng)絡(luò)條件，某一時(shí)刻設(shè)備在有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中工作，下一時(shí)刻就有可能被移動(dòng)到?jīng)]有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中，或可能因斷電造成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)關(guān)閉。在這些情況下，如果設(shè)備本身不支持無(wú)線通信，設(shè)備需要將隨時(shí)采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)，以備將來(lái)上傳到上一級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。有一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)（如環(huán)境安全失效數(shù)據(jù)，配置數(shù)據(jù)或設(shè)備驅(qū)動(dòng)）必須保證存儲(chǔ)安全，即使電池故障或被移除也不能丟失。

便攜設(shè)備的其它特性取決于具體應(yīng)用需求，數(shù)據(jù)可以直接通過(guò)模擬傳感器采集，也可以通過(guò)局域網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)子系統(tǒng)讀取，便攜設(shè)備可以僅被動(dòng)地采集數(shù)據(jù)，也可以在特定條件下主動(dòng)地通過(guò)聲音報(bào)警或向某人發(fā)信號(hào)告警。一些簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)采集設(shè)備在上傳數(shù)據(jù)前根本無(wú)需用戶干預(yù)，而另一些設(shè)備（如手持血糖儀或腕帶式心臟監(jiān)護(hù)儀）也許需要通過(guò)另外的輸入輸出設(shè)備而不是主機(jī)系統(tǒng)來(lái)更改配置或?yàn)g覽數(shù)據(jù)。

使用MAXQ2010設(shè)計(jì)便攜式數(shù)據(jù)記錄儀

盡管業(yè)內(nèi)有很多可供選擇的微控制器，但 Maxim公司的 MAXQ系列低功耗混合信號(hào)RISC微控制器MAXQ2010 具有的特性非常適合設(shè)計(jì)電池供電的數(shù)據(jù)采集設(shè)備。MAXQ2010具有極低功耗，極高M(jìn)IPS/mA比值，僅需很小的電池電流支持便攜應(yīng)用，集成的12位 8通道ADC可以采集很多類型的傳感器數(shù)據(jù)，另外還支持許多類型的本地串行接口（如I2C, SPI, 同步/異步UART） ，可用來(lái)接入主機(jī)系統(tǒng)和串口非易失存儲(chǔ)設(shè)備，或與本設(shè)備中的其它子系統(tǒng)通信。

MAXQ2010可根據(jù)當(dāng)前任務(wù)對(duì)運(yùn)算能力的要求通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整時(shí)鐘頻率來(lái)改變功耗，并當(dāng)其處理完所有的數(shù)據(jù)和事件，便攜設(shè)備即可進(jìn)入最低功耗的休眠（停止）模式，直到再次被應(yīng)用喚醒。MAXQ2010的核電壓僅1.8V，可以極大的降低功耗，3V獨(dú)立供電的I/O可以同外部高壓邏輯通信。如果希望使用像 3V紐扣鋰電池這樣的單電源供電而不希望使用雙電源，則可以通過(guò)內(nèi)置集成穩(wěn)壓器給核電壓供電。在停止模式下，該穩(wěn)壓器可以被關(guān)閉，以便降低功耗。

MAXQ2010能通過(guò)多種途徑從傳感器讀取數(shù)據(jù)，如果采集模擬傳感器數(shù)據(jù)，并可使用內(nèi)置的12位多通道ADC，支持8通道單端輸入。 MAXQ2010 從外部傳感器采集的數(shù)據(jù)可以根據(jù)需要被存儲(chǔ)在由備份電池供電的RAM中或內(nèi)部閃存中。片上基于32kHz的實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）在停止模式下也能工作，根據(jù)需要為數(shù)據(jù)提供時(shí)標(biāo)。如果需要用戶輸入數(shù)據(jù)或向用戶顯示信息，MAXQ2010都能實(shí)現(xiàn)，它有一組通用輸入/輸出引腳（在最大的封裝中有56個(gè)），可以驅(qū)動(dòng)LED，讀取機(jī)械開(kāi)關(guān)設(shè)置，或通過(guò)行列掃描的方式連接開(kāi)關(guān)矩陣。MAXQ2010還有一個(gè)LCD控制器，可以直接驅(qū)動(dòng)3V的段式LCD，最多支持1/4 周期的復(fù)用(COM1~ COM4)，其最大的封裝提供40個(gè)專門(mén)的驅(qū)動(dòng)引腳，在4倍復(fù)用模式下可以驅(qū)動(dòng)160段LCD顯示。