基于ARM9處理器的家用遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)終端結(jié)構(gòu)功能及應(yīng)用

　　信號(hào)放大電路

　　信號(hào)放大電路采用兩級放大，如圖4，差動(dòng)放大U805為前置級，同相放大U809構(gòu)成第二級。根據(jù)心電信號(hào)檢測的特點(diǎn)，通常要求放大器具有高輸入阻抗、高共模抑制比、低噪聲、低漂移、非線性度小、合適的頻帶和動(dòng)態(tài)范圍的性能。前置放大器的輸入電阻一般要求＞2兆歐，輸入電阻越大，因電極接觸電阻不同而引起的波形失真越小，共模抑制比就越高。由于極化電壓的存在, 為防止前置放大器工作于飽和或截止區(qū)，前置級的增益不能太高,實(shí)驗(yàn)表明放大10倍左右效果較好。因此選用儀表放大器MAX4196，該芯片可采用單電源供電，其功耗最低達(dá)到8mA，共模抑制比為115dB，輸入偏移電壓為50mV，-3dB帶寬可達(dá)250kHz，輸入阻抗為1000MW，增益固定為10(V/V)。

圖4 兩極放大和濾波電路

　　前置放大器部分總的共模抑制比為：

　　其中：放大器閉環(huán)差模增益，Ac：共模增益，CMRRD：運(yùn)放本身的值；CMRRR：外電路電阻匹配精度限定的CMRR，d：電阻精度。因此在電路中，要精確匹配外電路電阻R812=R813，以使共模輸出變得更小。

　　主放大器采用MAX4197(特性與MAX4196一樣)，其增益固定為100(V/V)。信號(hào)調(diào)理電路的總放大倍數(shù)為1000倍。在圖4中，電容C805具有去除極化電壓功能，并與電阻R820構(gòu)成高通濾波電路，用于抑制直流漂移和放大器通帶外的低頻噪聲。

　　陷波電路

　　工頻干擾是心電信號(hào)的主要干擾，雖然前端電路和前置放大器已對共模干擾具有較強(qiáng)的抑制作用，但有部分工頻于擾是以差模信號(hào)進(jìn)入電路的，且頻率處于心電信號(hào)頻帶之內(nèi)，加上電極和輸入回路不穩(wěn)定等因數(shù)，前級電路輸出的心電信號(hào)仍然存在較強(qiáng)的工頻干擾，因此必須將其濾除。本設(shè)計(jì)采用的是無限增益多路反饋型二階陷波器，電路如圖5。

圖5 陷波電路

　　嵌入式Web服務(wù)器模塊

　　考慮本系統(tǒng)定位于家庭使用，且系統(tǒng)需要連續(xù)長時(shí)間工作，又由于系統(tǒng)需要良好的人機(jī)交互環(huán)境、存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)以及支持網(wǎng)絡(luò)通信，所以要求處理器具有功耗低、成本低、豐富的接口和支持操作系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)選用ARM9處理器S3C2410A，S3C2410A主要面向手持設(shè)備以及高性價(jià)比、低功耗的應(yīng)用上。其CPU內(nèi)核采用的是ARM公司的16/32位ARM920T RISC處理器。ARM920T實(shí)現(xiàn)了MMU、AMBA總線和Harvard高速緩存體系結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有獨(dú)立的16KB指令Cache和16KB數(shù)據(jù)Cache。S3C2410A集成的片上功能主要包括：1.8V/2.0V內(nèi)核供電，3.3V存儲(chǔ)器供電，3.3V外部I/O供電；外部存儲(chǔ)器控制器；LCD控制器提供1通道LCD專用DMA； 8通道10位ADC接口，轉(zhuǎn)換速率最大為500KSPS(Kilo Sample Per Second，千采樣點(diǎn)每秒)；117位通用I/O口和24通道外部中斷源；電源控制模式包括正常、慢速、空閑和掉電4種模式；支持NAND Flash的啟動(dòng)裝載。

　　對心電信號(hào)采樣精度的考慮主要出于對ST段異常分析處理的要求，ST段電平變化約為0.05mV，因此采樣精度至少為0.025mV。當(dāng)采用10位A/D轉(zhuǎn)換器工作在正極性、滿刻度電壓為2.5V時(shí)，可分辨的最小輸入電壓為2.5mV，而信號(hào)調(diào)理電路放大倍數(shù)為1000倍，則輸入端的最小分辨率約為0.0025mV，故S3C2410A具有的10位A/D的精度完全滿足系統(tǒng)需求。

　　為了使用戶能夠直觀的觀察心電和便于控制設(shè)備，設(shè)計(jì)采用東華公司的TFT彩屏YL-LCD35套件用于人機(jī)交互界面。為滿足移植操作系統(tǒng)以及存儲(chǔ)心電信號(hào)、網(wǎng)頁等數(shù)據(jù)的要求，系統(tǒng)外擴(kuò)了64M的NAND Flash(使用一片K9F1208UOB)和64M的SDRAM(使用兩片HY57V561620)。為滿足終端聯(lián)網(wǎng)的需求，選用CS8900A用于設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)適配器，CS8900A是一個(gè)真正的單芯片、全雙工的以太網(wǎng)解決方案產(chǎn)品，更方便的是在Linux內(nèi)核中提供有CS8900A適配器的驅(qū)動(dòng)程序。

　　電源部分

　　為增加安全性、降低功耗、節(jié)省成本，設(shè)計(jì)采用9V堿性電池供電，通過電源轉(zhuǎn)換芯片AS1117-3.3將9V轉(zhuǎn)換為3.3V可供給放大器芯片和S3C2410使用。