基于LM3S9B96的心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

1、基于LM3S9B96的心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)一功能介紹心血管疾病是威脅人類健康的主要疾病之一。隨著人們生活節(jié)奏的加快和工作壓力的加大，越來(lái)越多的人不幸患有甚至死于心血管疾病。由于心血管疾病具有發(fā)病突然、死亡率高等特點(diǎn)，因此，很有必要研制一種能夠?qū)π难芗膊』颊呒皾撛诨颊哌M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并迅速報(bào)警的 便攜式心電監(jiān)控設(shè)備?，F(xiàn)階段市場(chǎng)中常見心電圖儀在便攜性與實(shí)時(shí)分析報(bào)警的結(jié)合方面仍有待改良，例如，當(dāng)病人單獨(dú)在家時(shí)，監(jiān)測(cè)裝置大多只能進(jìn)行心電監(jiān)測(cè)與記錄，假設(shè)有突發(fā)異常狀況不能及時(shí)報(bào)警，很可能導(dǎo)致無(wú)法挽回的后果。因此，本方案以價(jià)格低廉，攜帶方便，實(shí)時(shí)分析心電數(shù)據(jù)并及時(shí)對(duì)異常情況進(jìn)行報(bào)警為研究出發(fā)點(diǎn)，提出了一種基于LM3

2、S9B96的心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，針對(duì)LM3S9B96微處理器的特點(diǎn)提出了心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)心電信號(hào)的實(shí)時(shí)分析 處理，對(duì)異常情況的及時(shí)報(bào)警以及對(duì)病人的準(zhǔn)確定位。二方案描述硬件框圖：基于LM3S9B96的心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)由心電信號(hào)采集放大模塊、LCD觸摸屏號(hào)碼輸入與波形顯示模塊、GPS模塊與EM310短信報(bào)警模塊組成。觸摸屏心電導(dǎo)聯(lián)GP1O放大濾彼電路號(hào)碼輸&FLASHSRAM3LM3S9B96ADCI0lDMA波形顯示I ARTOUART1小波濾波特征提取SRAM1/SRAM2GPS1 將心電電極貼片貼到人體皮膚外表的固定位置，采集峰峰值為2mV左右的微弱心電信號(hào)，并通過(guò)導(dǎo)聯(lián)線輸入到心電信號(hào)

3、采集放大模塊進(jìn)行放大，其輸出電壓范圍應(yīng)與LM3S9B96中ADC10模塊的參考電壓相匹配；2 心電信號(hào)采集放大模塊通過(guò)GPI0 口與LM3S9B96相連，LM3S9B96內(nèi)部的ADC10模塊對(duì)心電信號(hào)采集放大模塊的輸出模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，以便LM3S9B96對(duì)數(shù)字化的心電信號(hào)進(jìn)行后續(xù)處理；3 LM3S9B96內(nèi)部的卩DMA Micro Direct Memory Access,微型直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)控制器 將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的心電信號(hào)傳送到 SRAMS行處理，設(shè)置 卩DMA!道在乒乓模式下工作，這樣 便可以在無(wú)需CPU進(jìn)行過(guò)多干預(yù)的條件下完成心電信號(hào)從 ADC10到 SRAM的連續(xù)傳輸；4 LM3S9

4、B96對(duì)傳輸?shù)絊RAM中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括小波分解與重構(gòu)、動(dòng)態(tài)R波閾值計(jì)算、病理邏輯診斷分類等步驟；(5) 實(shí)時(shí)心電波形和心率由Kitronix 公司的K350QVG-V1-F TFT LCD觸摸顯示屏顯示，同時(shí)LCD顯示屏還作為報(bào)警所需短信報(bào)警的 號(hào)碼的輸入端， 號(hào)碼存儲(chǔ)在Flash存儲(chǔ)器中，確保掉電后不需要重新輸入，便于使用；(6) LM3S9B96微控制器內(nèi)部的兩個(gè) UART模塊分別與GPS模塊和EM310模塊相連，GPS模塊 用來(lái)采集觀測(cè)對(duì)象的 GPS地理位置信息，當(dāng)檢測(cè)到心電信號(hào)出現(xiàn)異常時(shí)， 通過(guò)EM310模塊將 診斷信息和GPS地理位置信息以短信形式發(fā)送給指定號(hào)碼進(jìn)行報(bào)警。軟件流

5、程圖：在卩C/OS-II操作系統(tǒng)下建立兩個(gè)任務(wù)，任務(wù)1包括心電信號(hào) AD轉(zhuǎn)換、實(shí)時(shí)處理、波形顯示及異常心電信號(hào)報(bào)警等子任務(wù)，任務(wù)2完成對(duì)卩DMA控制器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新配置并重新使能ADC0模塊的卩DMA!道。當(dāng)產(chǎn)生 ADC0中斷時(shí)，任務(wù)1切換到任務(wù)2,任務(wù)2的操作完成 后，任務(wù)2切換到任務(wù)1,如此反復(fù)。(1) 配置定時(shí)器工作在 16位周期定時(shí)模式下，作為 ADC10模塊的觸發(fā)源，使 ADC10模 塊能夠?qū)δM心電信號(hào)進(jìn)行采樣率固定(256Hz)的模數(shù)轉(zhuǎn)換；(2) 由于心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)要求對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行連續(xù)的采樣轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理，所以設(shè)置 卩DMA控制器工作在乒乓模式，以實(shí)現(xiàn)ADC10模塊與SRAM之間

6、不間斷的數(shù)據(jù)流傳輸；(3) 受環(huán)境噪聲、ADC10模塊轉(zhuǎn)換精度、人為運(yùn)動(dòng)等因素的影響，由心電信號(hào)采集放大模塊經(jīng)ADC10模塊模數(shù)轉(zhuǎn)換后離散化的心電數(shù)據(jù)仍包含多種噪聲，并不能完全滿足心電信號(hào) 的濾波要求，所以對(duì)心電信號(hào)的數(shù)字濾波是十分重要的，本系統(tǒng)選用97小波變換對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波。97小波變換是提升小波變換的一種，免去了傅里葉變換，在時(shí)域便可完成，計(jì)算量少、復(fù)雜度低，所需存儲(chǔ)空間少，更適合硬件實(shí)現(xiàn)；(4) 利用StellarisWare圖形庫(kù)實(shí)現(xiàn) 號(hào)碼的輸入和心電波形的實(shí)時(shí)顯示：其中，WIDGET_ROOT StellarisWare圖形庫(kù)中的一個(gè)虛擬控件，設(shè)計(jì)中必須作為最頂層控件使用，其

7、它由用戶定義的控件都作為它的子節(jié)點(diǎn)或者更下層的子節(jié)點(diǎn)；g_sBackground為屏幕底層畫布控件Canvas,用來(lái)設(shè)置屏幕背景色；g_sHeading為處于屏幕頂端的畫布控件，號(hào)碼輸入時(shí)用來(lái)顯示 號(hào)碼，心電波形顯示時(shí)用來(lái)顯示心率數(shù)據(jù)；g_sPushBt nOg_sPushBt n11為按鈕控件Push Butt on，用來(lái)輸入號(hào)碼 09及刪除、確定； g_sWelcome為處于屏幕中間的畫布控件，用來(lái)顯示是否需要更改 號(hào)碼的提示消息； g_sShowNun為和g_sHeading所處位置相同的畫布控件，用來(lái)顯示已存儲(chǔ)在系統(tǒng)中的 號(hào) 碼；g_sPushBtna 否和g_sPushBtnb 是為

8、按鈕控件，用來(lái)判斷是否更改存儲(chǔ)在系統(tǒng) 中的 號(hào)碼。系統(tǒng)初始化時(shí)，將 g_sWelcome及其子控件參加需要渲染的控件列表樹進(jìn)行顯示。假設(shè)按下 g_sPushBtna,說(shuō)明不需要修改 號(hào)碼，將g_sWelcome及其子控件從需要渲染的控件列表樹中移出，并開始進(jìn)行心電波形的實(shí)時(shí)顯示；假設(shè)按下g_sPushBtnb，說(shuō)明需要修改 號(hào)碼，在需要渲染的控件列表樹中將g_sWelcome及其子控件移出并將 g_sHeading及其子控件加入，進(jìn)行新 號(hào)碼的輸入操作，當(dāng)輸入完畢后按下g_sPushBt n11，便將g_sPushBt nO g_sPushBt n11從需要渲染的控件列表樹中移出，并開始進(jìn)行心電波形的實(shí)時(shí)顯示。實(shí)時(shí)顯示波形時(shí)需要用 CanvasTextSet&g_sHeading,Rate語(yǔ)句將g_sHeading控件中的文 字更改為實(shí)時(shí)心率數(shù)據(jù)。需要特別注意的是每當(dāng)控件樹中內(nèi)容發(fā)生改變時(shí)，都需要需要調(diào)用WidgetMessageQueueProcess 函數(shù)對(duì)所有控件事件進(jìn)行處理。5基于Flash存儲(chǔ)器掉電后數(shù)據(jù)不喪失的特點(diǎn)，利用其存儲(chǔ)由觸摸屏輸入的 號(hào)碼；6 利用LM3S9B96微控制器的UART1模塊對(duì)從GPS接收到的字符串進(jìn)行處理，提取GPS 定位信息；7禾【用LM3S9B96微控制器的UART0模塊向EM310發(fā)送AT指令集來(lái)實(shí)