基于TI OMAP3平台的多参数监护仪设计与实现

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      在现代医学中,使用多参数监护仪对危重病人进行实时监测,可以及时地了解其心肺功能、血压以及氧合能力等综合因素,对病人的治疗起着非常重要的作用。多参数监护仪已经在病房护理和急救系统中得到了广泛的应用。

      基于传统PC平台的多参数监护仪成本高、体积大、操作复杂,使用范围具有局限性。而采用单片机为核心的便携式多参数监护仪运算能力低,功能单一,界面简陋,只能进行简单的信号显示和存储。本文以德州仪器公司(TI)ARM+DSP的双核处理器OMAP3530为核心,扩展参数采集前端、触摸屏、SD卡存储电路和网络接入电路等模块,设计及实现了一个具有实时检测、显示、存储和网络传输等功能的新型多参数监护仪。基于双核芯片的优异性能,系统可采用高效复杂的算法对各生命参数进行快速准确的检测、除噪和优化等处理,而Google Android丰富的应用支持,则为监护仪提供了良好的监护界面、网络功能以及应用扩展性。医生可使用该监护仪实时或远程掌握病人的信息,使用者也可以家中自行测量,这将是新一代“数字医疗社区/医院”的重要发展方向。

      系统架构

      处理核心

      OMAP3530处理器采用65nm低功耗工艺制造,内部集成了600MHz的Cortex-A8弹性内核以及430MHz的TMS320C64x+ DSP内核[1]。ARM+DSP的双核结构使操作系统效率和代码的执行更加优化,ARM端负责系统控制工作,DSP端则承担繁重的实时信号处理任务,从而成功地解决了性能与功耗的最佳组合问题。具有双核结构的OMAP3530非常适合新型多参数监护仪的设计。低功耗可以更好地实现监护仪的便携性,满足野外救护等特殊需要;ARM对多种操作系统的支持,可以保证系统的稳定和良好的监护界面;DSP强大的运算能力可以确保对各生命参数进行快速、准确和复杂的分析处理。

      硬件架构

      系统框图如图1所示,监护仪的设计采用经典C/S(Client/Server,客户机/服务器)架构,既可以离线使用,也可以通过以太网或者Wi-Fi网络传送数据到远程PC服务端。人体各个生命特征信号通过导联电极、血氧探头、袖套等传感器获得后,在参数采集前端进行除噪、放大和A/D转换后,通过串行口送到OMAP3530进行检测、显示、存储和网络 传送等处理。

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      软件架构

      Android是Google与开发手机联盟(Open Handset Alliance,OHA)推出的以Linux为内核,真正意义上的开放性移动设备综合平台。从软件结构的角度上,Android系统分成4个层次: Linux操作系统及驱动、本地代码框架、Java框架和Java应用程序。图2为本系统的软件架构图。多参数采集前端通过异步串行口与OMAP3530通信,由于Java本身未提供串口的类库,必须使用JNI(Java Native Interface)实现应用层与串口硬件的数据传送。数据采集、处理、显示及网络传输使用多线程和队列缓冲机制来保证数据的实时性和完整性。网络使用C/S架构,充分发挥服务器上的硬件优势,完成更多监护信息的显示和分析。

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