基于LM3S9B96的心電監(jiān)護系統(tǒng)

1、基于LM3S9B96的心電監(jiān)護系統(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，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行實時監(jiān)測并迅速報警的 便攜式心電監(jiān)控設(shè)備。現(xiàn)階段市場中常見心電圖儀在便攜性與實時分析報警的結(jié)合方面仍有待改良，例如，當(dāng)病人單獨在家時，監(jiān)測裝置大多只能進行心電監(jiān)測與記錄，假設(shè)有突發(fā)異常狀況不能及時報警，很可能導(dǎo)致無法挽回的后果。因此，本方案以價格低廉，攜帶方便，實時分析心電數(shù)據(jù)并及時對異常情況進行報警為研究出發(fā)點，提出了一種基于LM3

2、S9B96的心電監(jiān)護系統(tǒng)，針對LM3S9B96微處理器的特點提出了心電監(jiān)護系統(tǒng)設(shè)計方案，能夠?qū)崿F(xiàn)對心電信號的實時分析 處理，對異常情況的及時報警以及對病人的準確定位。二方案描述硬件框圖：基于LM3S9B96的心電監(jiān)護系統(tǒng)由心電信號采集放大模塊、LCD觸摸屏號碼輸入與波形顯示模塊、GPS模塊與EM310短信報警模塊組成。觸摸屏心電導(dǎo)聯(lián)GP1O放大濾彼電路號碼輸&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，并通過導(dǎo)聯(lián)線輸入到心電信號

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

4、B96對傳輸?shù)絊RAM中的數(shù)據(jù)進行處理，包括小波分解與重構(gòu)、動態(tài)R波閾值計算、病理邏輯診斷分類等步驟；(5) 實時心電波形和心率由Kitronix 公司的K350QVG-V1-F TFT LCD觸摸顯示屏顯示，同時LCD顯示屏還作為報警所需短信報警的 號碼的輸入端， 號碼存儲在Flash存儲器中，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 UART模塊分別與GPS模塊和EM310模塊相連，GPS模塊 用來采集觀測對象的 GPS地理位置信息，當(dāng)檢測到心電信號出現(xiàn)異常時， 通過EM310模塊將 診斷信息和GPS地理位置信息以短信形式發(fā)送給指定號碼進行報警。軟件流

5、程圖：在卩C/OS-II操作系統(tǒng)下建立兩個任務(wù)，任務(wù)1包括心電信號 AD轉(zhuǎn)換、實時處理、波形顯示及異常心電信號報警等子任務(wù)，任務(wù)2完成對卩DMA控制器的結(jié)構(gòu)進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，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) 配置定時器工作在 16位周期定時模式下，作為 ADC10模塊的觸發(fā)源，使 ADC10模 塊能夠?qū)δM心電信號進行采樣率固定(256Hz)的模數(shù)轉(zhuǎn)換；(2) 由于心電監(jiān)護系統(tǒng)要求對心電信號進行連續(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、人為運動等因素的影響，由心電信號采集放大模塊經(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 的濾波要求，所以對心電信號的數(shù)字濾波是十分重要的，本系統(tǒng)選用97小波變換對心電信號進行數(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，在時域便可完成，計算量少、復(fù)雜度低，所需存儲空間少，更適合硬件實現(xiàn)；(4) 利用StellarisWare圖形庫實現(xiàn) 號碼的輸入和心電波形的實時顯示：其中，WIDGET_ROOT StellarisWare圖形庫中的一個虛擬控件，設(shè)計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)點或者更下層的子節(jié)點；g_sBackground為屏幕底層畫布控件Canvas,用來設(shè)置屏幕背景色；g_sHeading為處于屏幕頂端的畫布控件，號碼輸入時用來顯示 號碼，心電波形顯示時用來顯示心率數(shù)據(jù)；g_sPushBt nOg_sPushBt n11為按鈕控件Push Butt on，用來輸入號碼 09及刪除、確定； g_sWelcome為處于屏幕中間的畫布控件，用來顯示是否需要更改 號碼的提示消息； g_sShowNun為和g_sHeading所處位置相同的畫布控件，用來顯示已存儲在系統(tǒng)中的 號 碼；g_sPushBtna 否和g_sPushBtnb 是為

8、按鈕控件，用來判斷是否更改存儲在系統(tǒng) 中的 號碼。系統(tǒng)初始化時，將 g_sWelcome及其子控件參加需要渲染的控件列表樹進行顯示。假設(shè)按下 g_sPushBtna,說明不需要修改 號碼，將g_sWelcome及其子控件從需要渲染的控件列表樹中移出，并開始進行心電波形的實時顯示；假設(shè)按下g_sPushBtnb，說明需要修改 號碼，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，進行新 號碼的輸入操作，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，并開始進行心電波形的實時顯示。實時顯示波形時需要用 CanvasTextSet&g_sHeading,Rate語句將g_sHeading控件中的文 字更改為實時心率數(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，都需要需要調(diào)用WidgetMessageQueueProcess 函數(shù)對所有控件事件進行處理。5基于Flash存儲器掉電后數(shù)據(jù)不喪失的特點，利用其存儲由觸摸屏輸入的 號碼；6 利用LM3S9B96微控制器的UART1模塊對從GPS接收到的字符串進行處理，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指令集來實