基于S3C2410設(shè)計三導聯(lián)遠程心電監(jiān)護

　　1 引 言

　　隨著人們生活水平的提高、生活節(jié)奏的加快，心血管疾病的發(fā)病率迅速上升，已成為威脅人類身體健康的主要因素之一。而心電圖則是治療此類疾病的主要依據(jù)，具有診斷可靠，方法簡便，對病人無損害的優(yōu)點，在現(xiàn)代醫(yī)學中，變得越來越重要。常規(guī)心電圖是病人在靜臥情況下由心電圖儀記錄的心電活動，歷時僅為幾s～1 m，只能獲取少量有關(guān)心臟狀態(tài)的信息，所以在有限時間內(nèi)即使發(fā)生心率失常，被發(fā)現(xiàn)的概率也是很低的。因此有必要通過相應(yīng)的監(jiān)護裝置對患者進行長時間的實時監(jiān)護，記錄患者的心電數(shù)據(jù)。又由于心臟病的發(fā)生具有突發(fā)性的特點，患者不可能長時間地靜臥在醫(yī)院，但又需實時得到醫(yī)護人員的監(jiān)護，所以研發(fā)相應(yīng)的便攜式無線心電監(jiān)護產(chǎn)品就顯得更加重要。

　　目前雖說國內(nèi)已有成型的無線心電監(jiān)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)”，這必然導致其價格昂貴，且PDA或手機的其他功能對于絕大部分患者完全沒有必要，所以到目前為止國內(nèi)實用的無線心電監(jiān)護產(chǎn)品領(lǐng)域還是空白。本文所述的遠程心電監(jiān)護系統(tǒng)是在醫(yī)院的提案基礎(chǔ)之上，進行充分調(diào)研之后設(shè)計的總體方案，主要實現(xiàn)如下功能：

　　三導聯(lián)心電信號采集;

　　無線傳輸緊急情況下40 s的心電數(shù)據(jù)及診斷結(jié)果;

　　24小時心電圖連續(xù)記錄;

　　通過高速USB上傳心電數(shù)據(jù)至PC機;

　　緊急呼叫。

　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計

　　作為便攜式手持遠程移動終端，在設(shè)計時應(yīng)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)過資料收集和反復比較，最終選擇了Samsung公司推出的基于ARM920T內(nèi)核的S3C2410處理器，該處理器資料豐富，性價比高。

　　采用RISC架構(gòu)的ARM微處理器一般具有如下特點：

　　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(zhí)行速度更快;

　　尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高;

　　指令長度固定。

　　可以看出基于ARM的嵌入式處理器是便攜式手持終端的最佳選擇，所以在設(shè)計系統(tǒng)方案時首先定位在該系列處理器上。S3C2410處理器基于ARM920T處理器核，采用0.18 μm制造工藝的32位微控制器，采用五級流水線和哈佛結(jié)構(gòu)，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(shù)據(jù)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USB主機和1個USB設(shè)備等豐富的外圍設(shè)備。

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

　　系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)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GPIO口擴展了鍵盤、LCD和蜂鳴器等人機接口單元，對外提供USB和UART等通信接口，同時連接了Siemens公司的MC35模塊，以實現(xiàn)無線傳輸和緊急呼叫功能。從系統(tǒng)的總體功能結(jié)構(gòu)來看，可將系統(tǒng)劃分為5個模塊：電源模塊、心電數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)無線傳輸模塊、圖形用戶界面模塊、數(shù)據(jù)存儲管理模塊。

　　圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　2.1 電源模塊原文位置

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

　　圖2 電源模塊方案