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【原创】便携式心电记录仪设计流程--from浩

工程师
2024-09-20 17:44:51     打赏
一、需求分析与规格说明(一)、需求分析:

1. 市场规模与增长: 全球心电监测设备市场正在增长,预计到2026年将达到477亿元,年复合增长率为4.8%。中国是发展迅速的市场之一,对高端产品的需求不断增长 。

2应用场景: 便携式心电记录仪适用于多种场合,包括家庭、医院、户外等,能够满足不同用户在不同环境下的监测需求。

3用户需求: 用户需要便携、易用、高精度的设备,同时对设备的舒适性和电池续航能力也有较高要求。

(二)、规格说明:

1记录时间: 设备应能够长时间连续记录心电数据,如至少24小时或更长时间 。

2存储容量: 足够的存储容量是必要的,以便保存长时间的心电数据,如通过TF卡存储,容量可达4G

3 电池续航: 便携式心电记录仪应具有较长的电池续航能力,如使用17号电池,可连续工作7天或更长时间 。

4用户界面: 设备应具有易于理解的图形显示和用户友好的菜单设计,以及方便的操作按钮 。

二、系统设计(一)、系统需求

便携式心电记录仪用来实时记录心脏病人的心电波形,并可以通过显示器回放所记录的心电波形。即:心电数据由传感器采集后转变为数字信号,然后存储在存储器中,用户可以通过心电记录仪的显示器,在任何时候回放任何人的任何一个时间段的心电波形.

假设便携式心电记录仪的具体功能主要有:

1可以存储20个心电波的数据,每个心电波的长度由内存的大小来决定。

2具有屏幕菜单,使用方便。

3可以设置闹铃,提示用户时间到。

4具有LCD显示器,可以显示心电波形、心电波形的记录时间和记录日期、当前时间和当前日期。

5显示器还显示电池电量情况。当电池电量不足时,系统应发出蜂鸣声提醒。

6具有待机模式,以便节省能量。即当用户暂时不用时,系统关闭外设;当用户随便按一个按钮时,系统激活,返回正常工作状态。

(二)、系统结构

 

图中的核心是微控制器,该微控制器包含了定时器部件(RTC)A/D转换部件,心电波信号由心电波传感器采集,经A/D转换部件转变为数字信号输入微控制器。键盘是人机输入部分,用户通过它输入控制命令。显示器与显示控制器作为系统的输出部分,用来输出心电波形图、菜单、日期和时间等信息。蜂鸣器也作为输出部分,进行声音提示。显示控制器、ROMRAM都与微控制器通过系统总线连接。电池电量监测、蜂鸣器和键盘则通过1/0接口与微控制器连接。RTC作为系统内部的计时部件,为系统提供时间和计时服务。

图片1.png

(三)、软件结构

系统的软件结构设计时,由于功能要求中需要进行心电波形的显示以及心电样本数据的压缩,因此,为了使应用软件开发便捷,减少软件开发工作量,构建一个软件平台(即嵌入式操作系统,如μC/OS-II)是必要的,然后在此软件平台上设计其他功能的应用程序。便携式心电记录仪的软件功能结

图片2.png

三、构件设计

 

(一)、键盘接口电路

由于按键较多,为了节省所占用的芯片GPIO引脚,设计时把键盘设计成4×3的键盘阵列,如图5-27所示,而没有采用每个按键对应一个GPIO引脚的设计方法(如上一个示例的键盘设计方法,如图5-22所示)。这样设计共占用了7S3C2410芯片的GPIO引脚,其中4根输出引脚GPEOGPE1GPE2GPE33根输入引脚GPE13GPE14GPE15。虽然占用的GPIO引脚少了,但相应的软件构件复杂了,需要设计键盘扫描及键码生成函数。一般来说,键盘的接口设计有多种方法,设计者采用哪种方法应该结合硬件资源情况来综合考虑,但无论采用哪种方法,后续的软件构件设计时,必须与所设计的硬件相匹配。

图片3.png

(二)LCD电路

S3C2410芯片内部集成了一个LCD显示控制器,它能够将显示缓存中的图像数据直接输出给外部LCD屏的驱动电路,支持灰度LCD和彩色LCD的连接,提供了24位的像素数据输出信号线和5个扫描同步控制信号线。

图片4.png

四、系统集成与测试

完成所有任务函数和底层硬件驱动函数的设计后,则用ADS1.2工具进行编译、连接,最后下载到目标机系统上运行,调试无误后即可固化,完成整个系统设计。







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