低功耗高精度便携多功能体检计设计技巧分享

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  • 引言
      社会节奏的加快导致人们照顾小孩(尤其是婴幼儿)、老人的时间和精力都大为减少,而婴幼儿患肺炎等一系列疾病都会在其体温、呼吸频率等指标上得以反映(医学表明肺炎患者的呼吸频率明显异常),老年疾病则体现在血压等指标上。

      另外,现代社会的人对锻炼身体的重视程度不断提高,越来越多的人加入到了运动的行列,而如何衡量自己锻炼的质量以及锻炼后的身体状况,这却需要运动爱好者有自我保健意识,比如了解自己在训练完毕一定时间后,脉搏、呼吸频率等体能指标是否已恢复到正常状态(正常情况下,运动结束后,在规定的数分钟内,心率和呼吸频率等都应逐步恢复)。

      上述两方面的需求告诉我们,有必要设计一些简单方便的医疗电子系统来辅助人们照顾婴幼儿、老年人等群体,用于监管这些弱势群体的健康状况,测量婴幼儿的体温及呼吸频率,测量老年人的血压;同时也用于辅助测量脉搏等与运动相关的体能指标,供运动爱好者监管自己运动后的身体状态。

      但是,目前市场上类似的医疗电子产品多为单一功能系统,限制了应用范围,而随着 “系统集成化”的发展趋势一步步推进,只能实现上述单一功能的单一系统将逐步被淘汰,设计出能实现综合功能的系统则是大势所趋。

      本文基于北京时代民芯科技有限公司自主研发的MXT8051单片机,充分利用其内部资源,同时合理选择外围器件,给出了集血压测量、体温测量、呼吸频率测量、脉搏测量等多个功能为一体的便携式体检计的设计方案,并试图追求低功耗、高精度、高速度等特色,对产品的最终实现有一定的参考价值。

      系统总体设计

      MXT8051简介

      MXT8051是北京时代民芯科技有限公司自主研发的以高速单指令周期8051为核的SoC,集成了丰富的数模外设,诸如数字部分的上电复位、脉冲宽度调制(PWM)、串口(UART)、看门狗(WDT)、实时时钟、内部振荡器和外部时钟可选等模块;模拟部分的4通道10位AD转换器、可编程增益放大器(PGA)、运算放大器(OP)、4com*36seg LCD driver等模块。

      凭借着将高性能的数模外设嵌入到低功耗的MCU中,以MXT8051为核心器件来实现便携式医疗电子设备的片上系统化相对容易很多。

      系统组成

      本文所给出的基于MXT8051的便携式多功能体检计的设计方案,正是充分利用了MXT8051所提供的丰富的片上外设资源,从而可以仅仅依靠简单的外围器件的配合,并通过软件的协同工作,将血压测量、体温测量、呼吸频率测量、脉搏测量等多个功能集成在一个便携的系统上。

      系统总体设计方案如图1所示,整个系统由5大部分组成,MXT8051为核心处理模块,并配备以传感器为主的信号采集模块,以语音芯片和LCD为主的输出显示模块,电源及键盘等系统控制模块以及应用扩展模块等。

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