远程心电监护系统是基于arm9开发平台.doc

基 于ARM9 的远程心电监护系统研究与设计 摘 要 心脏疾病成为危害人类健康和生命的主要疾病之一，目前心电监护系统为心脏病人 诊断和治疗提供了一个有效的手段，尽管已设计出各种心电监护设备，但是由于设备昂贵，系统扩展性和软件系统可裁 剪性较差，心电波形辩认的专业性强，监护实际上依然只够少量人在医院环境下进行 针对这种情况，本文以嵌入式系统为基础，设计出一种基于ARM9 的远程心电监护系统， 该心电系统具有Web 服务器功能 本课程设计的远程心电监护系统是基于ARM9 开发平台进行设计，采用高性能的 3C2440首先在MINI2440 硬件基础上完成心电信号采集电路的设计主要包括缓冲处理电路、前级放大电路、高低通滤波电路、隔离电路、主放大电路等然后根据所设 计的硬件的特点和系统需要 通过一定的实验证明，本课题所设计的系统能够较好的实现心电信号的采集、波形 显示、处理等功能同时在动态网页上可对病人信息查询、心电波形显示、分析及心电数据下载等，为产品进一步研究和开发奠定了基础 关键词：心电监护,嵌入式系统，第1章 绪 论 11.1课题研究的意义 11.2课题研究的目的 1第2章 心电监护系统硬件设计 22.1 心电信号的特点 22.2 MINI2440 开发平台介绍 42.3 心电信号采集放大电路 52.3.1 缓冲处理 52.3.2 前置放大和滤波 62.3.3 隔离 72.3.4 主放大电路 8第3 章 嵌入式Linux操作系统的裁剪和移植 93.1 BootLoader 实现 93.1.1 BootLoader 概述 93.1.2 BootLoader 启动过程 103.4 Linux 设备驱动的开发 103.4.1 Linux 设备驱动的概述 103.4.2 A/D 设备驱动设计 11第4章 心电采集界面设计 134.1 心电采集与显示 14第5 章 嵌入式Web 服务器的设计 155.1 嵌入式Web 服务器概述 155.2 嵌入式Web 服务器的移植 16参考文献 17 第1章 绪 论 1.1课题研究的意义 心脏疾病成为危害人类健康的主要疾病之一，据统计全世界死亡人数中有三分之一死于该疾病，近年来我国心血管病的死亡率占人口总死亡率44%[1]。

心血管疾病死亡率 高于欧美国家及日本 因此对心脏疾病的防治和诊断是非常重要 目前心电监护仪为心脏病人诊断和治疗提供了一个有效的手段它是把心脏产生的 微弱电流(mv 级)接收，放大并记录出心电图的装置它可向医护人员提供病人心电信号 的重要信息，利用这些信息，临床医生能更好地分析患者的病情，从而采取适当的治疗措施，获得最佳的治疗效果，因此心监护仪的作用越来越受到重视 1.2课题研究的目的 尽管已设计出各种心电监护设备,但是大多数的心电监护系统仍然存在不足之处 心电设备昂贵，只有少量的家庭购买；心电波形辩认的专业性强，自动分析的能力低，操作性不高，监护实际上依然只够少量人在医院环境下进行；各种接口为专业医疗设备设计；虽然远程医疗也应用于心电监护设计中，基于Internet 网络的远程心电监护系统大多数采用的是客户机/服务器（C/S）的模式，一般由客户机采集心电数据，然后通过网络传输给大型中心服务器，服务器上安装服务器软件，同时，在客户机上安装相应的客户端应用软件，这样才能使客户端得到相应的服务成本高、系统结构复杂、开放性低针对这些不足，本文设计了一种基于ARM9 的远程心电监护系统，该心电监护系统 在ARM9 开发平台上进行，采用高性能的S3C2440 微处理器，引用了嵌入式Linux 技 术，在心电监护界面上除了对心电波形进行显示，另外还对心率进行了分析，以适用于 更多的人群。

同时该心电监护系统中具备WEB 服务器功能，采用了浏览器/服务器（B/S ） 的模式，用户在任何地方通过浏览器能够访问该心电监护系统，在动态网页上能够对病 人的信息进行查询、心电波形的分析以及心电数据的下载，实现了远程医疗 第2章 心电监护系统硬件设计 嵌入式微处理器和嵌入式操作系统为核心的嵌入式技术是最近一个新的技术发展 方向以ARM 公司的32 位IP 核为基础的ARM 嵌入式微处理器，因其高性能、低功 耗、低成本、小体积以及完整的产业链支持，成为嵌入式系统设计的理想选择本文选用的是广州友善之臂科技有限公司提供的MINI2440 开发板，在它的基础上进行研制开发心电系统，MINI2440 采用 Samsung S3C2440 微处理器，系统硬件设计总体框图如 图2.1 所示 MINI2440开发平台 心电信号采集放大电极 图2.1 系统硬件总体结构 2.1 心电信号的特点 心脏在周期性活动中，伴随着规律的周期性变化的心电生理活动。

心脏的心电生理 活动可以看作一组电偶，这组电偶的大小、方向在每次心动周期中呈现有规律性的变化，电偶的电流流经人体的各个部位，在人体表面任何一点产生一个相应变化的电位将测量电极放置在人体表面的一定部位记录出来的心脏电变化曲线，就是目前临床上常规记录的心电图(ECG)[19]心电图是心脏兴奋的发生传播及恢复过程的客观指标，它可记录心脏节律和频率以及电压的高低，用于诊断各种心律失常、心肌病变、心肌梗塞及心肌缺血等，是心血管病最常用的检查手段典型的心电波形如图2.2 所示 图2.2 典型的心电波形 (1)P 波：P 波由心房除极所产生，是每一波组中的第一波，它反映了左、右心房的 除极过程前半部分代表右房，后半部分代表左房 (2) P-R 间期：从p 波的起点至QRS 波群的起点，代表心房开始除极至心室开始除 极的时间 (3)QRS 波：典型的QRS 波群包括三个紧密相连的波，第一个向下的波称为Q 波， 继Q 波后的一个高尖的直立波称为R 波，R 波后向下的波称为S 波因其紧密相连,且反映了心室电激动过程，故统称为QRS 波群。

这个波群反映了左、右两心室的除极过程 (4) ST 段：自QRS 波群的终点至T 波起点间的线段，代表心室缓慢复极过程 (5)Q-T 间期：从QRS 波群的起点至T 波终点，代表心室除极和复极全过程所需的 时间 (6)T 波：T 波位于S-T 段之后，它是心室复极所产生的 (7)U 波：位于T 波之后，反映心肌激动后电位与时间的变化人体的心电信号主要有以下几个特点： (1)微弱性 其幅值一般为1mV~4mV (2)低频性 频率范围一般为0.05Hz-100HZ，能量主要集中在17Hz 附近 (3)高阻抗性 心电的信号源是人体，人体的内阻较大，因此心电信号的阻抗一般为数十欧到数百 千欧 (4)不稳定性和随机性 人体受外界的影响较大，而且内部器官的相互影响，因此造成了心电信号的不稳定性和随机性心电信号除存在上述特点外，在检测心电的信号的同时存在着很大的干扰主要有 50Hz 的工频干扰，电极移动引起基线漂移(一般小于1Hz)，肌肉收缩和兴奋所引起的肌 电干扰(几百Hz 以上)等，所以心电放大电路必须根据以上的特点进行设计，才能得到 放大、无干扰的心电信号。

2.2 MINI2440 开发平台介绍 MINI2440 采用高性能的ARM9 微处理器以其优化的片上性能，在视频会议、楼宇的对讲系统、网络监控、GPS 定位/导航仪、医疗电子设备、多媒体终端产品等应用领 域有广泛应用，其主要的硬件配置如下 ： (1) CPU 处理器 三星S3C2440(ARM920T core with MMC, 最高主频可达532MHz) (2)SDRAM 64M SDRAM，32 位数据线，SDRAM 时钟频率高达100MHz (3)FLASH 存储 64Mbyte Nand Flash ，2M Nor Flash，已经安装了BIOS (4)液晶屏支持(LCD Support) 集成4线电阻式触摸屏接口，可以直接连接四线电阻触摸屏；支持黑白、4 级灰度、级灰度、256 色、4096 色STN液晶屏，尺寸从3.5 寸到12.1寸，屏幕分辨率 可以达到1024x768 象素；支持黑白、4级灰度、16级灰度、256色、64K 色、真彩 色TFT 液晶屏，尺寸从3.5寸 到12.1寸，屏幕分辨率可以达到1024x768 象素；引 出一个12V 电源接口，可以为大尺寸TFT 液晶的12V CCFL 背光模块(Inverting) 供电。

(5) USB 端口(USB Port) 1 个主USB 接口，1 个从USB 接口 (6) 音频 1 路立体声音频输出接口(标准3.5mm 接口)，1 路麦克风接口 (7) 网络 1 个100M 以太网RJ-45 口(采用DM9000 网卡) (8) SD/MMC 卡 1 个SD/MMC 卡存储接口 (9) 摄像头 引出CPU 内部全部摄像头信号引脚 (10) 串口 3 个串行口， COM0 为RS232 DB9 接口(亦引出TTL 接口)，COM2 和COM3 为2.0mm 间距 (11) 扩展接口 1 个34pin 2.0mmGPIO 接口，1 个40pin 2.0mm 系统总线接口 (12) 实时时钟 板载实时时钟，带有备份锂电池 (13) Jtag 接口 标准JTAG 接口(2.0mm 间距) 2.3 心电信号采集放大电路 心电信号采集放大电路由缓冲处理，前置放大和滤波，隔离技术、主放大等组成 2.3.1 缓冲处理 心电电极信号首先进入缓冲级，缓冲放大电路可以获得高共模抑制比。

同时为了 保护人体的安全问题，在缓冲放大电路中，采用220V 的供电心电仪器中限制通过人体 的电流一般不能超过10 毫安，因此在如图2.3 所示的缓冲放大电路图中我们设置R1 的阻值为22 千欧 图2.3 缓冲放。