基于ARM的远程生理监护仪的设计与嵌入式低功耗策略的研究

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临床医学上的重要生理参数,如心电、血压、血氧饱和度、体温等的监护与检测对慢性病患者和老年人的健康有着积极重要的临床意义,特别是对这些生理信号的长期监护可了解人体健康状况的变化趋势及这些疾病对人体的影响。随着医疗体制的改革,社区医院和家庭保健的医疗模式的兴起,借助远程医疗解决目前看病难、看病贵、看病不方便等难题。基于远程医疗监护的便携式小型多参数生理监护仪已成为目前生物医学工程领域的研究热点之一。本文运用嵌入式技术、计算机技术,结合基于UML的嵌入式系统的开发方法,设计并实现了一种可通过远程访问进行监视的嵌入式多参数生理监护仪。首先,在了解分析心电、血压、血氧饱和度等生理参数的产生机理和特征的基础上,根据监护仪的功能定位,采用基于UML的嵌入式系统的开发方法,论文给出了系统的整体设计方案,选择了目前流行的ARM作为处理器。系统由信号调理模块、存储器模块、网络通信、LCD显示等多个相对独立而又协同工作的模块组成,完成信号的采集、存储,本地显示及远程连接功能。其次,论文对系统各个模块的硬件设计进行了详细的阐述。人体心电,血压,血氧饱和度等信号极其微弱,且频率较低,经常被淹没在各种高、低频干扰信号中,容易受到周围以及50Hz工频干扰,本文分别采用带通滤波,二阶有源低通滤波器,陷波器等,仿真实验证明这些电路能够有效抑制相应的干扰,达到预期效果。然后,深入研究了基于嵌入式Linux操作系统下的软件设计方法,对监护仪的软件实现进行了详细的分析设计。本文根据任务、资源分配和管理的需要,在硬件平台上移植了嵌入式Linux操作系统以及启动软件Bootloader和文件系统,设计了硬件平台的驱动程序和个模块的应用程序。基于嵌入式以太网和CGI技术,采用Web服务器的形式实现了系统的Internet远程访问;采用数字滤波的方法,解决了硬件滤波灵活性差,效果差的缺点,进一步提高了信号采集精度。随着便携式嵌入式设备的广泛应用,功耗已成为嵌入式领域的广泛关注的热点之一。本文通过嵌入式CPU时钟频率对功耗的影响的研究,在Linux操作系统下,提出了一种基于动态改变时钟频率的嵌入式低功耗方法,测试结果表明该方法能够对降低功耗起到良好的效果。本文研制的远程生理监护仪能够对病人的脉搏、心电、血压等参数进行实时监护,对社区医院和家庭保健,特别是对慢性病患者和老年人的健康状态的监护作了一些有益的探讨。
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