基于ARM9的心电模拟发生系统设计-设计应用

精品文档-下载后可编辑基于ARM9的心电模拟发生系统设计-设计应用摘要：该系统是为医疗培训机构专门设计的设备，它采用ARM9嵌入式开发平台研制的心电除颤模拟发生系统。该系统硬件设计包括高压除颤信号采集模块，D／A转换模块，与监护仪信号匹配模块，该系统采用嵌入式Linux嵌入式操作系统作为软件平台，系统充分利用了ARM9丰富的I／0资源和存储空间，可以良好地模拟医学除颤的过程，并可以与医用监护仪相连接，输出符合医学有关规定34种常见的异常心率波形，主要包括室颤、房颤等。经实验证明该系统性能稳定、耗能低、操作方便。详细介绍系统总体设计方案，包括硬件和软件的设计方法。

0引言

随着社会的发展，人们的医疗保健意识越来越强，所以医生的培训也就成为非常重要的环节。心电除颤技术作为医生培训的一个主要方面，若操作规范，动作熟练，往往在紧急关头可以救人于危难之间，在培训的时候，如果能够真实地模拟急救除颤的场景，将会起到良好的学习效果。因此，在急救、有创性临床操作训练上，医学模拟教学日益显示出其成本低、重复性高、教学效率高以及符合医学伦理要求等优势。

除颤模拟发生系统可以任意选择34种状态(包括成人和儿童两大类)时也可以连接医用监护仪，使除颤模拟更加逼真。学员可以进行不同能量的除颤练习，同时这也便于老师检验学员的学习效果。

该系统是根据心电图的有关原理以及监护仪的信号合成原理研制的，严格按照医学的相关规定，产生的波形达到医学教学的目的。在相关病态心电图的关键点处达到比较逼真的效果，当系统接收到高压除颤信号以后，根据系统的预设置，进行相应的波形变换。系统可以用于医疗培训机构的培训工具，使学员快速掌握心电除颤的方法。该系统与急救模拟人、监护仪配合使用，具有广阔的市场前景。

本文介绍的心电除颤模拟发生系统是以ARM9为控制，充分利用ARM9丰富的I／O资源和强大的处理功能。它采用嵌入式的开发方案，并综合考虑系统的通用性和使用性，系统输出信号的幅度为0～5mV可以连续输出室性、室上性早搏型号等，还可以产生周期为1s，脉宽为100ms，幅度为1mV的方波。便于对监护仪进行校准，信号均采用三导联的同步信号输出。

1系统结构和设计方案

系统主要包括ARM9中央处理单元、高压除颤信号采集模块、D／A转换模块，与监护仪信号匹配模块以及心电波形仿真和数据的提取，应用程序的设计等几个部分。本系统采用ARM9嵌入式开发平台，以下是ARM9处理器的主要结构及其特点。

(1)32b定点RISC处理器，改进型ARM／Thumb代码交织，增强性乘法器设计，支持实时(real-time)调试；

(2)片内指令和数据SRAM，而且指令和数据的存储器容量可调；

(3)片内指令和数据高速缓冲器(Cache)容量从4KB～lMB：

(4)设置保护单元(ProtoctionUnit)，非常适合嵌入式应用中对存储器进行分段和保护；

(5)采用AMBAAHB总线接口，为外设提供统一的地址和数据总线；

(6)支持外部协处理器，指令和数据总线有简单的握手信令支持；

(7)支持标准基本逻辑单元扫描测试方法；

(8)支持BIST(Built-in-self-test)；

(9)支持嵌入式跟踪宏单元，支持实时跟踪指令和数据。

心电除颤模拟发生系统总体设计方案，如图1所示。

3．2系统应用程序设计与实现

该系统的应用程序是基于Qt／Embedded设计的，目前使用的嵌入式GUI系统存在Microwindows，MiniGUI，Qt／Embedded，Qt／Embedded延续了Qt的强大功能，可以运行在多种不同的处理器上部署的嵌入式Linux操作系统。Qt／Embedded提供了信号和插槽的编程机制，该部分采用的Qt是一个创建GUI程序的C++类库，编写Qt应用程序的主要工作是基于已有的Qt类编写用户类。该部分主要分为波形界面的实现和用户按键控制的实现，波形显示采用Qt的函数类库Qpainter，由于波形界面显示两路心电波形，会产生延迟效果，所以引入了多线程机制协调，Qt支持多线程，有独立于平台的线程类，线程安全方式的时间传递和一个全局Qt库互斥量允许不同的线程调用Qt方法。

4结语

本系统设计采用三星2440嵌入式处理器作为搭建了硬件平台，并采用嵌入式Linux操作系统并结合外围的D／A转换部分、与监护仪匹配网络、高压信号采集部分、应用程序控制部分等实现了心电除颤模拟发生系统的设计。该系统可以很好地模拟医学除颤的过程，并可以与医用监护仪相连接，输出符合医学标准的34种常见异常心率波形，由于系统使用嵌入式实时多任务操作系统，因此该设计具有很高的实时性、稳定性和可靠性。