低功耗醫(yī)學數(shù)據(jù)記錄儀的設計

許多醫(yī)學應用都需要不用外接電源線和數(shù)據(jù)線的便攜式自供電設備，最明顯的例子是病人隨身攜帶用來測量心率、體溫和其它健康指標的便攜式數(shù)據(jù)記錄儀。

當然，還有很多復雜應用即使通過外部電源供電，也會需要一個小型的電池設備實現(xiàn)安全冗余和設備監(jiān)控，如醫(yī)院病房、病人居室、環(huán)境受控的實驗室或貯藏設備環(huán)境參數(shù)（包括溫度和濕度）都需要持續(xù)監(jiān)控；另外便攜設備的安裝使用比需要外接電源和網(wǎng)線的設備更方便更靈活。在有些情況下，如需要病人隨身攜帶的醫(yī)療設備，冷庫的溫度檢測設備等，根本無法外接電源線和網(wǎng)線。

　　便攜醫(yī)療設備要求何種功能？首先，必須自帶電源。通常可通過可充電的或不可充電的電池供電，盡管還有其它方式（如太陽能供電），但這取決于對電壓和電流的要求。不管采用何種電源，電源的效率必須足夠高，而且電池供電的便攜設備在不需要滿負荷工作時應可以進入“休眠”模式來盡可能降低功耗，休眠的設備可以被外部觸發(fā)信號或定期的被“喚醒”，然后提高運算速度（當然功耗也會增加）進入正常工作模式。設備還應具備介于滿負荷工作和“休眠”模式之間的一些工作模式來執(zhí)行一些簡單的任務（如訪問存儲器或刷新液晶及LED顯示器數(shù)據(jù)），因為設備通常僅在某些條件下才會需要滿負荷運算能力（如對傳感器數(shù)據(jù)進行濾波和解碼），這樣就可以在功耗和運算速度之間進行某種程度的平衡。

　　便攜設備即使支持無線通信，但并不總是保證能夠接入無線網(wǎng)絡。取決于網(wǎng)絡條件，某一時刻設備在有無線網(wǎng)絡的環(huán)境中工作，下一時刻就有可能被移動到?jīng)]有無線網(wǎng)絡的環(huán)境中，或可能因斷電造成無線網(wǎng)絡臨時關閉。在這些情況下，如果設備本身不支持無線通信，設備需要將隨時采集的數(shù)據(jù)存儲起來，以備將來上傳到上一級系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理。有一些關鍵數(shù)據(jù)（如環(huán)境安全失效數(shù)據(jù)，配置數(shù)據(jù)或設備驅動）必須保證存儲安全，即使電池故障或被移除也不能丟失。

　　便攜設備的其它特性取決于具體應用需求，數(shù)據(jù)可以直接通過模擬傳感器采集，也可以通過局域網(wǎng)絡訪問子系統(tǒng)讀取，便攜設備可以僅被動地采集數(shù)據(jù)，也可以在特定條件下主動地通過聲音報警或向某人發(fā)信號告警。一些簡單的數(shù)據(jù)采集設備在上傳數(shù)據(jù)前根本無需用戶干預，而另一些設備（如手持血糖儀或腕帶式心臟監(jiān)護儀）也許需要通過另外的輸入輸出設備而不是主機系統(tǒng)來更改配置或瀏覽數(shù)據(jù)。

　　使用MAXQ2010設計便攜式數(shù)據(jù)記錄儀
　　盡管業(yè)內(nèi)有很多可供選擇的微控制器，但Maxim公司的 MAXQ系列低功耗混合信號RISC微控制器MAXQ2010具有的特性非常適合設計電池供電的數(shù)據(jù)采集設備。MAXQ2010具有極低功耗，極高MIPS/mA比值，僅需很小的電池電流支持便攜應用，集成的12位8通道ADC可以采集很多類型的傳感器數(shù)據(jù)，另外還支持許多類型的本地串行接口（如I2C, SPI, 同步/異步UART） ，可用來接入主機系統(tǒng)和串口非易失存儲設備，或與本設備中的其它子系統(tǒng)通信。

　　MAXQ2010可根據(jù)當前任務對運算能力的要求通過動態(tài)調(diào)整時鐘頻率來改變功耗，并當其處理完所有的數(shù)據(jù)和事件，便攜設備即可進入最低功耗的休眠（停止）模式，直到再次被應用喚醒。MAXQ2010的核電壓僅1.8V，可以極大的降低功耗，3V獨立供電的I/O可以同外部高壓邏輯通信。如果希望使用像3V紐扣鋰電池這樣的單電源供電而不希望使用雙電源，則可以通過內(nèi)置集成穩(wěn)壓器給核電壓供電。在停止模式下，該穩(wěn)壓器可以被關閉，以便降低功耗。

　　MAXQ2010能通過多種途徑從傳感器讀取數(shù)據(jù)，如果采集模擬傳感器數(shù)據(jù)，并可使用內(nèi)置的12位多通道ADC，支持8通道單端輸入。MAXQ2010從外部傳感器采集的數(shù)據(jù)可以根據(jù)需要被存儲在由備份電池供電的RAM中或內(nèi)部閃存中。片上基于32kHz的實時時鐘（RTC）在停止模式下也能工作，根據(jù)需要為數(shù)據(jù)提供時標。如果需要用戶輸入數(shù)據(jù)或向用戶顯示信息，MAXQ2010都能實現(xiàn)，它有一組通用輸入/輸出引腳（在最大的封裝中有56個），可以驅動LED，讀取機械開關設置，或通過行列掃描的方式連接開關矩陣。MAXQ2010還有一個LCD控制器，可以直接驅動3V的段式LCD，最多支持1/4周期的復用(COM1~ COM4)，其最大的封裝提供40個專門的驅動引腳，在4倍復用模式下可以驅動160段LCD顯示。