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基于ARM的便携式多生理参数监护装置的研制

作　者: 王维
导　师: 柴新禹
学　校: 上海交通大学
专　业: 生物医学工程
关键词: ARM 嵌入式linux 多参数监护 Qt/Embedded
分类号: R318.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着经济的发展,生活节奏的加快以及全球老龄化的不断加剧,人们对医疗、健康、生活质量、疾病护理等方面提出了越来越高的要求。现代医学中,使用多生理参数监护仪,对人体生命体征进行长时间、连续的实时监控,可以及时了解病人的心肺功能及氧合能力等生理状态的变化,为临床诊断治疗提供重要可靠的信息。目前,市场上价格昂贵,操作复杂的高端监护设备和基于单片机、功能简单的低端监测设备都不能满足人们对高层次医疗保健和日常监护的需求。因此,对于能满足这种需求的便携式、智能化的多生理参数监护装置的研究具有重要的意义和巨大的市场前景。本文提出一种基于ARM的便携式多生理参数监护装置的研制方案。系统采用模块化的设计方案,以Cirrus Logical高集成ARM9微处理器EP9315为硬件平台核心,配合相应的生理信号采集模块,完成对心电、呼吸、血压、血氧、脉搏等生理参数的监测。该监护装置的主机操作系统采用嵌入式linux,利用Qt/Embedded完成嵌入式GUI监护界面开发,利用VS2010完成PC机上多参数监护应用程序的开发。同时,通过ARM微处理器的外设RS232串口实现监护装置与PC机的通信。本文详细论述了基于ARM的便携式多生理参数监护装置的硬件平台以及软件系统的设计和实现。经测试,该监护装置能够完成多生理参数的监测,同时整个装置具有体积小、功能强等特点,为进一步的产品开发打下基础。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
第一章绪论  10-22
  1.1 课题的研究背景和意义  10-13
  1.2 生理参数监护的发展  13-20
    1.2.1 心电监护  13-14
    1.2.2 无创血压监护  14-17
    1.2.3 血氧饱和度监护  17-19
    1.2.4 其他参数监护  19-20
  1.3 论文的研究内容  20-21
    1.3.1 课题来源  20
    1.3.2 研究内容  20-21
  1.4 论文结构  21-22
第二章嵌入式系统以及设计方案  22-30
  2.1 嵌入式系统  22-25
    2.1.1 嵌入式微处理器  22-23
    2.1.2 外围硬件设备  23-24
    2.1.3 嵌入式操作系统  24
    2.1.4 用户应用程序  24-25
  2.2 ARM  25-26
    2.2.1 ARM 简介  25
    2.2.2 ARM 的发展与应用  25-26
  2.3 总体设计方案  26-29
    2.3.1 硬件设计方案  27-28
    2.3.2 软件设计方案  28-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章硬件系统实现  30-71
  3.1 软硬件平台的搭建  30-37
    3.1.1 微处理器芯片的选择  30-33
    3.1.2 嵌入式外围电路设计  33-34
    3.1.3 液晶显示模块  34-35
    3.1.4 嵌入式操作系统  35-36
    3.1.5 Qt/Embedded GUI 开发环境  36-37
  3.2 心电信号采集模块  37-43
    3.2.1 前端预处理电路  38-39
    3.2.2 前置级电路设计  39-41
    3.2.3 滤波电路  41-43
  3.3 呼吸信号模块  43-48
    3.3.1 呼吸信号的检测方法  43-44
    3.3.2 呼吸阻抗设计方案  44-45
    3.3.3 高频信号发生电路  45-46
    3.3.4 前置放大电路  46
    3.3.5 解调电路  46-47
    3.3.6 放大滤波电路及后置放大电路  47-48
  3.4 无创血压信号模块  48-52
    3.4.1 压力传感器  49-50
    3.4.2 气泵气阀控制电路  50
    3.4.3 信号调理电路  50-51
    3.4.4 定时电路  51-52
  3.5 血氧饱和度  52-62
    3.5.1 血氧饱和度检测方法  53-55
    3.5.2 血氧检测探头  55-56
    3.5.3 朗伯-比尔定律  56-59
    3.5.4 血氧模块设计方案  59-60
    3.5.5 驱动电路时序控制  60-61
    3.5.6 信号调理电路  61-62
  3.6 ARM 外围电路  62-68
    3.6.1 电源电路  62
    3.6.2 晶振电路  62-63
    3.6.3 复位电路  63-64
    3.6.4 RS232 接口电路  64
    3.6.5 USB 接口电路  64-65
    3.6.6 以太网接口电路  65
    3.6.7 LCD 液晶屏接口设计  65-67
    3.6.8 存储器接口设计  67-68
  3.7 硬件实物图  68-70
  3.8 本章小结  70-71
第四章软件系统实现  71-94
  4.1 嵌入式开发环境  71-78
    4.1.1 Linux 交叉编译环境  72-74
    4.1.2 BootLoader  74-76
    4.1.3 Linux 内核配置与编译  76-77
    4.1.4 根文件系统的实现  77-78
  4.2 驱动程序开发  78-80
  4.3 信号处理流程  80-84
    4.3.1 心电呼吸信号  81-82
    4.3.2 无创血压  82-83
    4.3.3 血氧饱和度  83-84
  4.4 监护仪软件系统  84-93
    4.4.1 嵌入式用户应用程序  85-87
    4.4.2 上位机用户应用程序  87-93
  4.5 本章小结  93-94
第五章监护装置与测试  94-96
第六章总结与展望  96-98
  6.1 全文总结  96-97
  6.2 研究展望  97-98
参考文献  98-102
致谢  102-103
攻读学位期间发表的学术论文目录  103-105

基于ARM的便携式多生理参数监护装置的研制

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