基于基于ARM的心电信号处理系统原理的心电信号处理系统原理
心电信号在通过电极提取到系统后,经过具有高共模抑制比的放大电路进行放大、滤波,由高精度的串行A/D转
换器件进行量化,提高了信号的精度。这个系统以32位高速ARM处理器为硬件平台,以实时操作系统作为软件
平台,对硬件系统的资源进行了调度和分配,达到了对心电信号进行实时处理的效果,并且实现了对心电信号
的实时显示、实时存储等功能。
根据国家卫生部《全国卫生信息化发展规划纲要》的目标,在2010年要基本实现医院的数字化和信息化。所以未来医疗器械
市场对新型医疗设备的市场空间巨大,特别是拥有数字化和信息化特征的心电
系统总体设计
如图的系统的主要功能是对心电信号进行实时的处理和传输,如图1所示。
图1 系统原理框图
心电信号通过电极提取进入模拟处理模块,在模拟处理部分经过放大和滤波处理后,提高了信号的强度和信噪比。信号经过量
化后转换成数字信号,进入数字处理模块,在以ARM处理器为核心的数字处理模块中,PC的软件模块包含了对USB通道数据
的接收和对心电信号的处理,经过处理后的心电信号进一步提高了信噪比,并显示在屏幕上,这样就可以更好的协助医生对于
病人的治疗,可以保障医疗的正常进行。
1 S3C44B0X处理器
S3C44B0X微处理器是Samsung公司专为便携式设备提供的高性能和高性价比的微控制器解决方案,使用32位的低功耗RISC
内核ARM7TDMI,采用0.25μm CMOS工艺制造,支持新型总线结构SAMBAII。
S3C44B0X为核心的系统的工作原理:首先通过医用Ag-AgCl电极分别获取病人的混合心电信号,
片上集成的主要功能有:在ARM7TDMl基础上增加8KB的Cache;外部扩充存储器控制器;LCD控制器最大支持256色的DSTN,
并带有1个LCD专用DMA通道;2个通用DMA通道、2个带外部请求引脚的DMA通道;2个带有握手协议的DART: 1个SIO;1个
I2C总线控制器;5个PWM定时器及1个内部定时器;看门狗定时器;71个通用可编程I/O口,8个外部中断源;功耗控制模式有正
常、低、休眠和停止;8路10位ADC;具有日历功能的RTC;PLL时钟发生器。
2 实时操作系统μC/OS-II
μC/OS-II是源码开放的嵌入式实时操作系统内核,至今,从8位到64位,这种操作系统已在超过40种不同架构的微处理器上运
行。世界上已经有很多领域都使用了μC/OS-II。使用这个内核可以使得应用程序的设计和扩展变得容易,而且不需要大的改动
就可以增加新的功能,通过将应用程序分割成若干个独立的任务,RTOS使得应用程序的设计过程大大简化。
硬件系统设计
1 UART异步串行接口设计
心电数据经过实时操作系统的调度后,通过USB通道传递到PC上,但是由于USB接口的复杂度,在调试USB器件时需要使用
到异步串行接口。而且在某些老式的PC上不能使用或安装USB驱动程序时,异步串行接口可以作为一种备用的低速传输方
式,这样也增加了系统的可扩展性。
图2是在心电信号处理系统中带有RS232电平转换的S3C44B0X的串行接口电路连接图。在图中,RS232电平转换芯片为
MAX3232,其RxD0、TxD0和RxD1、TxD1分别连接S3C44B0X的第99、100和103、104引脚。