用S3C2410实现三导联远程心电监护系统
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2020-12-13
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用用S3C2410实现三导联远程心电监护系统实现三导联远程心电监护系统
摘 要 主要介绍一种基于S3C2410平台的三导联远程心电监护系统。该系统能够不受时间、空间的限制对心脏
病患者进行实时监护，从而方便患者与医护人员随时进行沟通。经过临床测试受到医疗界专家和心脏病患者的
高度评价。 关键词 ARM，S3C2410，心电监护，无线传输 1 引 言 随着人们生活水平的提高、生活节奏
的加快，心血管疾病的发病率迅速上升，已成为威胁人类身体健康的主要因素之一。而心电图则是治疗此类疾
病的主要依据，具有诊断可靠，方法简便，对病人无损害的优点，在现代医学中，变得越来越重要。常规心电
图是病人在静卧情况下由心电图仪记录的心电活动，历时仅为几s～1 m，只能
摘摘 要要 主要介绍一种基于S3C2410平台的三导联远程心电监护系统。该系统能够不受时间、空间的限制对心脏病患者进行
实时监护，从而方便患者与医护人员随时进行沟通。经过临床测试受到医疗界专家和心脏病患者的高度评价。
关键词关键词 ARM，S3C2410，心电监护，无线传输
1 引引 言言
随着人们生活水平的提高、生活节奏的加快，心血管疾病的发病率迅速上升，已成为威胁人类身体健康的主要因素之一。
而心电图则是治疗此类疾病的主要依据，具有诊断可靠，方法简便，对病人无损害的优点，在现代医学中，变得越来越重要。
常规心电图是病人在静卧情况下由心电图仪记录的心电活动，历时仅为几s～1 m，只能获取少量有关心脏状态的信息，所以
在有限时间内即使发生心率失常，被发现的概率也是很低的。因此有必要通过相应的监护装置对患者进行长时间的实时监护，
记录患者的心电数据。又由于心脏病的发生具有突发性的特点，患者不可能长时间地静卧在医院，但又需实时得到医护人员的
监护，所以研发相应的便携式无线心电监护产品就显得更加重要。
目前虽说国内已有成型的无线心电监护产品，但其采用的方案大都是“采集器+发送器（PDA或手机）”，这必然导致其价格
昂贵，且PDA或手机的其他功能对于绝大部分患者完全没有必要，所以到目前为止国内实用的无线心电监护产品领域还是空
白。本文所述的远程心电监护系统是在医院的提案基础之上，进行充分调研之后设计的总体方案，主要实现如下功能：
三导联心电信号采集；
无线传输紧急情况下40 s的心电数据及诊断结果；
24小时心电图连续记录；
通过高速USB上传心电数据至PC机；
紧急呼叫。
2 系统总体设计系统总体设计
作为便携式手持远程移动终端，在设计时应充分考虑其体积小，功耗低，存储容量大和处理速度高的要求，因此在CPU的
选择上十分慎重。经过资料收集和反复比较，最终选择了Samsung公司推出的基于ARM920T内核的S3C2410处理器，该处理
器资料丰富，性价比高。
采用RISC架构的ARM微处理器一般具有如下特点：
体积小，功耗低，成本低，性能高；
支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集；
大量使用寄存器，使指令执行速度更快；
寻址方式灵活简单，执行效率高；
指令长度固定。
可以看出基于ARM的嵌入式处理器是便携式手持终端的最佳选择，所以在设计系统方案时首先定位在该系列处理器上。
S3C2410处理器基于ARM920T处理器核，采用0.18 μm制造工艺的32位微控制器，采用五级流水线和哈佛结构，最高运行频
率为203 MHz。该处理器具有：独立的16 KB指令Cache和16KB数据Cache、MMU、支持TFT的LCD控制器、NAND闪存控
制器、3路UART、4路带PWM的Timer、丰富的I/O口、8路10位ADC、Touch Screen接口、IICBUS接口，以及2个USB主机
和1个USB设备等丰富的外围设备。
S3C2410提供了一套较完整的通用外围设备，且使整个系统的功耗最低，从而免去了添加、配置附加外围接口的麻烦，有
效地缩小了线路板的面积，这也正是本系统选择该处理器的重要原因。
系统的整体结构如图1所示，以S3C2410为核心，外扩了8 MB的NOR FLASH、64 MB的NAND FLASH以及16 MB的
SDRAM等存储芯片，通过GPIO口扩展了键盘、LCD和蜂鸣器等人机接口单元，对外提供USB和UART等通信接口，同时连接
了Siemens公司的MC35模块，以实现无线传输和紧急呼叫功能。从系统的总体功能结构来看，可将系统划分为5个模块：电
源模块、心电数据采集模块、数据无线传输模块、图形用户界面模块、数据存储管理模块。
图1 系统总体结构
2.1 电源模块电源模块
系统采用单节1700 mAh锂离子可充电电池供电，但随着电量的释放，电压也在不断降低，变化范围为4.2~2.75 V。而本系
统中分别需要一个4.3 V的MC35工作电压、一个3.3 V的I/O电压、一个1.8 V的CPU核电压和一个1.8 V的CPU职守电压。为了
满足系统的要求，电源电路中必须同时具备升压稳压器和低压差线性稳压器。为了解决该问题系统采用1个开关型升压DCDC
稳压器、1个3.3 V极低压差线性稳压器和2个带有Shutdown引脚的1.8 V低压差线性稳压器来组成供电系统，供电方案如图2所
示。
图2 电源模块方案
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