利用半导体压力传感器和ARM实现便携式心血管无创检测系统设计.doc
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1、利用半导体压力传感器和ARM实现便携式心血管无创检测系统设计目前对心血管健康状况的检测方法大多数是应用于医院的临床诊断,有的是有创伤性的,给人体带来痛苦甚至感染;有的需要专业医生操作,检测过程非常繁琐。特别是大多数心血管功能参数的检测仪器比较笨重,价格不菲,不适用于普通家庭用户的使用。本文利用半导体压力传感器获得桡动脉处的脉搏波信号,压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器,其广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业,下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用。另有医用压力传感器。压电传感器中主要使用的
2、压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英(二氧化硅)是一种天然晶体,压电效应就是在这种晶体中发现的,在一定的温度范围之内,压电性质一直存在,但温度超过这个范围之后,压电性质完全消失(这个高温就是所谓的“居里点”)。由于随着应力的变化电场变化微小(也就说压电系数比较低),所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数,但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。1 检测原理人体血液循环系统包括心、血管系和淋巴系,它是人体内一套封闭的连续管道系统,分布于身体各部。心血管系由心、动脉、静脉和连于动、静脉之间的毛细血管组成,其中有血液循环流动。心有节律的
3、收缩,是血液循环的动力,它将血液射入动脉,流经庞大的毛细血管网,再经各级静脉流回心。血液在毛细血管内流动缓慢,经过极薄的毛细血管壁与周围的组织和细胞进行气体交换和物质交换。组织间隙内的水分和代谢产物等,除由毛细血管回收,沿静脉回流入心外,还有第二条回流渠道,即由淋巴系回流入心。淋巴系由淋巴管道、淋巴器官和淋巴组织构成,起于器官和组织内呈盲端的毛细淋巴管,借其回收一部分组织液而成为淋巴液,沿淋巴管回流,最后由淋巴导管汇入静脉。血液循环系统是血液在体内流动的通道,分为心血管系统和淋巴系统两部分,一般我们所说的循环系统指的是心血管系统。它又由体循环和肺循环构成。图1给出了弹性腔分室网络理论的示意图。
4、2 仪器设计2.1 硬件设计心血管功能参数无创检测仪的系统框图如图2所示。该仪器以32位ARM单片计算机LPC2114为核心,ARM(Advanced RISC Machines)是微处理器行业的一家知名企业,设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域,比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。ARM(Advanced RISC Machines)是微处理器行业的一家知名企业,设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域,比如嵌入控制、
5、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。包括传感器、充/放气自动控制电路、信号调理电路、液晶显示器LCD、外部存储器、实时时钟(RTC)电路、键盘、电源管理、USB接口等几部分。2.1.1 嵌入式处理器嵌入式处理器是嵌入式系统的核心,是控制、辅助系统运行的硬件单元。范围极其广阔,从最初的位处理器,目前仍在大规模应用的位单片机,到最新的受到广泛青睐的32位,64位嵌入式CPU。目前世界上具有嵌入式功能特点的处理器已经超过1000种,流行体系结构包括MCU,MPU等30多个系列。鉴于嵌入式系统广阔的发展前景,很多半导体制造商都大规模生产嵌入式处理器,并且公司自主设计处理器也已经成为了未来嵌入式领
6、域的一大趋势,其中从单片机、DSP到FPGA有着各式各样的品种,速度越来越快,性能越来越强,价格也越来越低。目前嵌入式处理器的寻址空间可以从64kB到16MB,处理速度最快可以达到2000 MIPS,封装从8个引脚到144个引脚不等。常见的嵌入式处理器的比较如表1所示。考虑到本系统有低成本、低功耗、便携式的要求,所以选用ARM处理器。ARM处理器的特点是处理速度快、超低功耗、开发资源丰富、价格低廉易购买,非常适合本系统的要求。具体芯片选择PHILPS公司的32位ARM处理器LPC2114。ARM处理器是一个32位元精简指令集(RISC)处理器架构,其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。2.1.2
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