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1、 湖南文理学院课程设计报告课程名称： 专业综合课程设计 专业班级： 自动化1班 学号（） 学生姓名： 指导教师： 完成时间： 2013年 6月 6 日 报告成绩： 评阅意见： 评阅教师 日期 目录 一、设计要求1二、设计作用与目的1三、 所用设备与软件1 1、 mini244o嵌入式模块1 2、宿主机一目标机(Host一Target)2四、 系统设计3 1、客户端功能和体系结构3 2、客户端硬件设计4 3、客户端软件设计与实现8五、系统调试13 1、中央监护系统软件功能13 2、中央监护系统软件实现14六、设计中的问题及解决方法15七、心得体会16八、参考文献17嵌入式Internet 技术及
2、其在远程心电监护系统中的应用一、设计要求 设计利用嵌入式Internet 技术实现远程心电监护的解决方案， 通过宽带网传输实现了病人心电信号的远程采集和传输二、设计作用与目的 基于嵌入式系统技术，提出了社区病人远程心电监护仪的总体方案设计。 利用多线程、Socket技术和串口编程等技术完成了病人端心电监护仪软件的总体设计，既能做出简要的判断和分析，供医生诊断和处置病人;又能传输到服务器端完成通信，实现中央集中监护。 参与了服务器端中央监护中心软件设计，完成了心电信号的接收和心电数据管理，实现了对多个病人的集中监护，该软件界面友好、实时性高、诊断准确、功能全面、性能稳定。3、 所用设备与软件1、
3、 mini244o嵌入式模块嵌入式操作系统专门负责存储器分配、中断处理、任务调度等功能，通常包括系统内核、底层驱动程序、设备驱动接口、图形用户界面(GuD)等。目前常用的嵌入式操作系统有6windowseE、EmbeddedWinXp、EmbeddedLinux、Vxwbrks等。WindowsCE适用范围广;EmbeddedWINdowsXP和Embedded Linux主要用在工业控制和手机中;而VxWOrks主要用于工业控制领域。 嵌入式系统的核心是嵌入式处理器，嵌入式处理器是将通用处理器中许多由独立板卡完成的任务集成到嵌入式芯片内部。和通用处理器相比，它具有体积小、可裁剪、成本低、可靠
4、性高7等优点，更加适用于为特定用户专门设计的系统中。目前嵌入式处理器以ARM、PowerPC、MC68000、MIPS等体系结构使用得最为广泛，其中ARM系列嵌入式处理器具有低电压、低功耗和高集成度等优点，并具有开放性和可扩性，已成为嵌入式系统首选的处理器架构8。 外围设备通常指具备存储、通信、显示等辅助功能的其它设备，按设备功能划分包括存储设备、通信设备和显示设备10三类。存储设备包括易失型存储器(SRAM、DRAM)和非易失型存储器(ROM、EpROM、EEPRoM、FLASH)两种。其中FLASH存储器可擦写次数多、存储速度快、存储容量大、价格便宜，在嵌入式存储设备中的应用最为广泛。通信
5、设备常用的接口有RS232接口、USB(通用串行总线接口)、以太网接口等。显示设备包括LED显示器、液晶显示器(LCD)、CRT显示器和触摸屏等。系统总体方案设计根据以上分析，综合考虑在嵌入式操作系统、嵌入式处理器、外围设备这3方面的特性之后，本系统选用广州友善之臂科技有限公司提供的mini244o嵌入式模块取代传统的单片机作为中央控制模块。mini2440采用核心板一开发板结构，并且开发底板的电路原理图、PCB板图公开，在它的结构上进行研制开发心电系统，只需根据系统需求对开发底板进行裁剪。另外，mini244o可支持WinCE操作系统，实时性高，系统开发速度较快，满足系统各方面需求11。 2
6、、宿主机一目标机(Host一Target) 嵌入式系统在硬件选型完成之后，可以根据功能和应用的要求，开始软件的功能和结构设计。嵌入式软件的开发与传统的软件开发有许多共同点，它继承了许多传统软件的开发习惯，但由于嵌入式软件运行于特定的应用环境，注定了嵌入式应用软件的开发具有其自身的特点。嵌入式软件一种典型的开发模式是宿主机一目标机(Host一Target)模式12，如图2.3所示。图2.3 宿主机目标机模式 宿主机大多为通用的PC机，其操作系统大多为WindowS系列或Linux，用于完成应用软件的编码和操作系统的裁剪。而目标机是指待开发的硬件平台，通常目标机上的软硬件是可以裁剪和配置的。这种开
7、发模式首先要在宿主机上建立一个交叉开发环境，完成目标机相应的软件功能，然后通过串口或网络口将交叉编译好的代码传输并装载到目标机上，并在编译环境或者操作系统的支持下进行调试和分析，最后目标机在特定环境下脱离宿主机能够单独运行。4、 系统设计1、客户端功能和体系结构 根据本系统的设计，客户端应完成以下功能: 数据采集 通过监护仪内部的A/D采样卡，实时采集病人的生理数据。本文心电数据的采样频率为200HZ，即每5ms采集一次心电数据。 波形显示 作为一台可以独立工作的监护仪，实现对病人生理信号的实时监护，并完成波形和相关生理参数的显示。 信号分析 在心电波形显示的同时应对心电信号进行相应的分析处理
8、，包括波形检测、参数计算等，以便医生进行病情的诊断。 远程传输 当需要进行中央监护时，可通过GPRS无线传输以Socket通信方式同服务器端中央监护中心通信。报警和存储当监护仪判断出病人的心电有异常时进行报警，并对报警前后的心电数据、某段重要波形进行存储。其体系结构如图3.1所示。图3.1病人端心电监护体系结构 心电监护仪由硬件和软件两部分组成。硬件部分由心电信号采集模块、嵌入式模块、GPRS模块组成，软件部分由显示模块、分析模块、存储和辅助模块组成。采集模块完成病人心电数据的采集、滤波、A/D转换;嵌入式模块通过RS232串口接收采集模块采集到的心电数据，并控制显示、分析、存储和GPRS模块
9、的远程传输等功能。2、客户端硬件设计 客户端硬件包括实时心电采集模块、嵌入式模块、GPRS远程传输模块三部分构成，系统硬件总体设计框图如图3.2所示。图3.2系统硬件框图（1）实时心电采集模块 实时心电采集模块外部接口包括心电、血压、体温、脉搏、体动信号的输入口，以及两个网络口和一个电源接口。为了使系统的运行更加可靠，必须使硬件满足一定的条件。系统的性能参数如下: 1.采样频率:20OHZ 2.A/D采样精度:8位 3.导联方式:I，II，III，aVR，aVL，aVF，Vx 4.分辨率:800x600 5.今频率:0.05一IOoHz，能量主要集中在17Hz附近 6.幅值:0.05-100H
10、Z 7.共模抑制比:80dB 8.ECG导联导通状态:用ECGLEAD监示导联是否脱落 9.心电控制命令:可进行主导联选择、增益选择 (00:*0.5;01:*l;02:*2)、方式选择(00手术;01监护;02诊断)、滤波选择(强滤波;弱滤波) 10.工作电压:3.3V 11.工作温度:5-30（2）嵌入式模块 根据客户端的设计需求，嵌入式模块应满足如下功能: 能够实时进行数据分析和计算。 能够显示并保存病人的信息和心电数据。 传输速度快，通信质量和抗干扰能力强。 操作简单，界面友好。 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
11、础的ARM嵌入式微处理器，因其低成本、小体积、高性能、低功耗、高可靠性以及完整的产业链支持15，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，如图 3.3所示，在它的基础上进行研制开发心电系统。图3.3 mini2440嵌入式模块 mini2440是一款低价实用的ARM9开发板，它采用 samsungs3e2440微处理器，并采用专业稳定的CPU内核电源芯片和复位芯片来保证系统运行的稳定性。在医疗电子设备、视频会议、楼宇的对讲系统、网络监控、GPS定位/导航仪、多媒体终端产品等应用领域都有广泛应用，其开发板硬件资源特性如下所示16: 1.CPU
12、处理器 samsungS3C2330A，主频300MHz，最高533MHz。 2.SDRAM内存 63MSDRAM，32bit数据总线，SDRAM时钟频率高达100MHZ。 3.FLASH存储 128MNandFlash，掉电非易失 ;ZMNorFlash，掉电非易失，已经安装BIOS。 4.LCD显示 支持黑白、3级灰度、16级灰度、256色、3096色SIN/TFT液晶屏，尺寸从3.5寸到12.1寸，屏幕分辨率可以达到1024x768像素;标准配置为NEC256K色230x320/3.5英寸TFT真彩液晶屏，带触摸屏。 5.USB接口 1个 USB Host，1个 USB Slave B型
13、接口。 6.网络接口 l个100M以太网RJ-45接口。 7.串行口 3个串口，分别为COM1、COM2和COM3。 8.SD卡接口 1个SD卡存储接口。 9.音频接口 1路立体声音频输出接口，一路麦克风接口。 10.JIAG接口 1个2.0mm间距10针标准JTAG接口。 11.摄像头接口 1个2.0mm间距20Pin摄像头接口 12.系统时钟源 12M无源晶振。 13.实时时钟 板载实时时钟(带后备铿电池)。 14.电源接口 电源接口(5V)，带电源开关和指示灯。 15.扩展接口 l个33pin2.0mmGPIO接口，l个30pin2.0mm系统总线接口。 16.操作系统 可支持 Wind
14、owsCE.NET5.0， Linux2.6.29.3+QtoPia-2.2.0。 17.网络连接方式 内置GPRS扩展接口，支持GPRS网络连接方式。（3）无线传输模块 本系统的关键问题之一是解决客户端心电监护仪与中央监护中心的数据通信。心电监护仪实现心电信号现场实时的监护和相应的分析处理，当需要在监护中心进行集中监护时，心电监护仪只需打开无线传输功能，即可通过GPRS无线网络将病人的心电信号上传到中央监护中心，进而完成对病人的远程实时监护和相应的分析处理17。图 3.4 GPRS模块Q2686 本文选用的是与mini2440嵌入式模块相配套的法国wavecom公司的Q2686GPRS模块，如图 3.4所示。Q2686是市场上最小的可
