基于ARM的嵌入式多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1　引　言

多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀廣泛應(yīng)用于ICU、CCU、病房、手術(shù)室等。目前我國(guó)也有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)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(jiān)測(cè)和計(jì)算、可靠性、實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、信號(hào)變異的處理分析、遠(yuǎn)程傳輸?shù)确矫娑驾^落后[1]。嵌入式系統(tǒng)把計(jì)算機(jī)直接嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)之中,它融合了通信技術(shù)和半導(dǎo)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(tǒng),網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀領(lǐng)域,能使多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀順應(yīng)現(xiàn)代醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀市場(chǎng)縮小體積,提高數(shù)據(jù)處理能力,遠(yuǎn)程醫(yī)療等方面的要求。

本文介紹一種基于ARM的實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)系統(tǒng),它將32位RISC結(jié)構(gòu)的ARM內(nèi)核處理器與實(shí)時(shí)多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)相結(jié)合,并通過(guò)嵌入式TCP/IP協(xié)議棧為平臺(tái)添加網(wǎng)絡(luò)傳輸功能,構(gòu)建一個(gè)新型的多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀系統(tǒng)。

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀具有以下幾個(gè)方面功能:測(cè)量功能、分析功能、報(bào)警功能、打印功能、網(wǎng)絡(luò)通信功能等。六參數(shù)模塊通過(guò)導(dǎo)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(shù)信號(hào),通過(guò)串口通信方式與以ARM7為內(nèi)核的嵌入式處理器相連,數(shù)據(jù)從串口送到ARM7中 央處理器,通過(guò)多任務(wù)調(diào)度,進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理,并在LCD上實(shí)時(shí)顯示各種信號(hào)的圖形和數(shù)值,還可以由外部鍵盤(pán)控制,進(jìn)行存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)送,并對(duì)各種檢測(cè)信號(hào)設(shè)置報(bào)警線,對(duì)超出報(bào)警范圍的檢測(cè)情況進(jìn)行報(bào)警。硬件結(jié)構(gòu)圖1所示。

　　圖1　多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀硬件結(jié)構(gòu)圖

3　開(kāi)發(fā)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1　軟件開(kāi)發(fā)總體介紹

利用PC機(jī)運(yùn)行的Hitool forARM開(kāi)發(fā)環(huán)境下調(diào)試程序:首先運(yùn)行系統(tǒng)、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(diào)用鍵盤(pán)控制子程序進(jìn)行識(shí)別所按下的鍵,根據(jù)鍵盤(pán)的控制執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù);若無(wú)就調(diào)用串口讀入程序,采集心電、血氧、血壓等數(shù)據(jù),并判別所采集數(shù)據(jù)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(bào)警限,若是則調(diào)用報(bào)警程序和顯示程序,若否則直接調(diào)用顯示程序;這樣,各種數(shù)據(jù)就實(shí)時(shí)地采集進(jìn)來(lái),并在LCD上顯示測(cè)試數(shù)值和心電、呼吸波形。其中測(cè)試數(shù)值按每分鐘存儲(chǔ),心電、呼吸波形按鍵存儲(chǔ),按翻頁(yè)鍵可以調(diào)出相應(yīng)的存儲(chǔ)波形并進(jìn)行顯示;根據(jù)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(biāo)準(zhǔn)RS-232C異步串行接口,選用發(fā)送 (TXD)、接收(RXD)和地線的三線方式,其它的握手信號(hào)直接懸空。要實(shí)現(xiàn)六參數(shù)模塊與S3C44BO之間的串口通信,必須使兩者采用相同的數(shù)據(jù)傳輸方式,它們通信的數(shù)據(jù)格式如下;波特率為9600bps, 8位數(shù)據(jù)位, 1位停止位,無(wú)奇偶校驗(yàn)位。

另外,在I/O端口初始化程序中,定義Uart_Init函數(shù),對(duì)串行口各寄存器進(jìn)行初始化,配置參數(shù)時(shí)鐘和波特率等。在設(shè)計(jì)中主要進(jìn)行以下串行口寄存器設(shè)置:

UART線性控制寄存器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(jù)公式計(jì)算出。

在串口讀入程序中,采用了中斷方式,來(lái)實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸,達(dá)到實(shí)時(shí)控制的目的。串口程序數(shù)據(jù)接收過(guò)程為:調(diào)用Uart_Getch()函數(shù)讀入N個(gè)字符,以數(shù)組的方式放置在SDRAM中,然后進(jìn)行數(shù)據(jù)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(dāng)有新數(shù)據(jù)需要顯示時(shí), LCD顯示模塊將新的采樣數(shù)據(jù)寫(xiě)入LCD顯示存儲(chǔ)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(shù)據(jù)從顯示存儲(chǔ)器傳送到LCD顯示器中。LCD顯示器不斷地接收數(shù)據(jù),就在LCD上顯示監(jiān)測(cè)內(nèi)容。

3. 3. 1　LCD初始化

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