作者 / 孙健 张石 董冠廷 张天成
东北大学 计算机科学与工程学院(辽宁 沈阳 110819)
*基金项目：东北大学第十批立异项目科研成果
摘要：本文介绍了一种以ADS1298和CC2640为中心器材的便携式心电仪。该体系选用低功耗蓝牙为通讯协议改进传统便携式心电仪，将部分功用转移到安卓渠道上，做到了12导联数据实时显现，波形保存等功用。该体系具有低功耗、低本钱的长处，为便携式心电穿戴设备供应了一种牢靠的新方法。
导言
近几年，便携式医疗设备走进人们的日子之中，便携式心电仪逐渐遭到医师和患者的喜爱。现在干流的便携式心电仪尽管技能现已老练，可是还存在着功耗大和本钱高的问题。心电仪需求具有模仿扩大、滤波、AD转化等功用，加上必要的人机交互、显现、存储功用，使得传统的便携式心电仪必不可少地呈现功耗和本钱问题，约束了便携式心电仪的开展。本文中所介绍的便携式低功耗12导联心电图机选用了TI公司高功用、低功耗的蓝牙模块和模仿前端[1-2]。将数据经过BLE(低功耗蓝牙)发送到安卓手机进行显现和处理[3]。相对于传统计划，完成了低功耗、低本钱。
1 体系全体计划
将模仿搜集前端的ADS1298搜集到的心电数据经过SPI(串行外设接口)送入CC2640蓝牙芯片，运用BLE传输到安卓客户端，在安卓客户端进行显现和存储。经过安卓渠道的各种接口进行离线的诊查。结构图如图1所示。
2 ADS1298部分
ADS1298芯片是TI公司规划的专门用于生物电位丈量的低功耗、8通道、24位模仿前端。该芯片具有医疗心电图(ECG)和脑电图(EEG)运用中一般所需的悉数功用。凭仗高集成度和超卓功用，ADS1298能够以大幅缩小的尺度、明显下降的功耗和全体本钱开发可扩展的医疗仪器体系。依据参阅电压最低可分辩的电压为0.286μV。用其规划电路所占用的组件数量与电路板尺度比分立器材下降95%，功耗也比分立器材下降95%左右，3 V供电时其最大功耗仅为9.5 mW。如图2所示，该芯片集成了内置右腿驱动扩大器、导联断开检测、威尔逊中心终端、起搏检测、测验信号等功用。在规划时能够依据实践考虑设置表里参阅电压和时钟，以上特性大大提升了心电搜集前端的功用，下降了PCB体积。
3 CC2640部分
CC2640是一款面向Bluetooth Smart运用的无线MCU。此器材归于CC26xx系列的经济高效型超低功耗2.4GHz RF器材。极低的有源RF 和MCU 电流以及低功耗方式流耗可保证杰出的电池运用寿命，答应选用小型扣子电池在动力搜集型运用中运用。CC2640含有一个32位ARM Cortex-M3处理器，具有丰厚的外设功用集，包括一个共同的超低功耗传感器控制器，适用于在体系处于休眠方式时衔接外部传感器和/或自主搜集模仿和数字数据。除此之外还有一个ARM Cortex-M0处理器独自用于运转蓝牙协议栈，与主处理器作业频率同为48MHz，凭此架构可改进全体体系功用和功耗，并开释闪存以供用户运用[4-6]。
CC26xx的供电有3种方法，本文选用外部1.8~3.8V供应VDDS，VDDR电压经过芯片内置的DCDC生成1.7V的电压[7]。CC26xx假如选用无线射频功用，有必要选用满意无线协议规范精度的24MHz外部晶振，不然无法满意无线协议规范。而为了完成低功耗且守时准确，需求32.768kHz的外部晶振。一起CC26xx系列的24MHz振荡电路内置可配备容值巨细的电容阵列，能够省掉24MHz外部晶振的配套%&&&&&%，以下降本钱和PCB面积。在蓝牙天线部分，CC26xx支撑的无线规范均坐落2.4GHz的ISM频段，因而需求2.4GHz的天线及对应的巴伦和阻抗匹配网络电路。CC26xx支撑多种天线方法，依据偏置是否内置仍是外置，以及输出信号是差分仍是单端，分为4种。本计划选用内置差分电路。天线部分寻求面积小，因而选用尺度最小的MIFA-2.4GHz的PCB天线，如图3所示。CC2640部分原理图如图4。
4 BLE简介
蓝牙技能开展至4.0规范包括两个蓝牙规范，是一个双模的规范。它包括传统蓝牙部分和低功耗蓝牙部分。相对于传统蓝牙，BLE(Bluetooth Low Energy)的优势首要表现在：传统蓝牙技能是一种“面向衔接”的无线技能，具有固定的衔接时间距离，而BLE用可变衔接时间距离，这个距离依据详细运用能够设置为几毫秒到几秒不等;BLE只用3个信道做播送信道，答应毫秒级快速树立衔接，功率远高于传统蓝牙的 32 个信道方法;传统蓝牙的作业峰值电流一般是 35mA，睡觉状况电流是 0.01mA。而低耗能蓝牙的作业峰值电流是小于15mA，睡觉状况电流是0.004mA，明显下降了作业电流和睡觉电流。运用低功耗蓝牙能够大大下降体系通讯时分的功耗。
5 软件全体规划
本体系的软件部分分为两部分，一部分是心电仪嵌入式的C言语编程，一部分是安卓客户端的JAVA编程部分。在CC2640上编写心电仪的数据搜集、SPI通讯协议和蓝牙发送数据的程序，在安卓渠道上编写心电数据实时显现、用户交互、数据保存的程序。在编写安卓程序的时分，考虑到心电数据量比较大而运用多线程的编写方法，意图是进行实时显现波形。
6 心电仪软件规划
因为CC2640的特别架构，使得CC2640具有特别的软件架构，程序由APP和Stack构成。CC2640内置一个蓝牙协议栈不需求考虑蓝牙Stack编程问题，用户只需求编写自己的事务程序APP即可。CC2640的事务程序和蓝牙仓库之间的通讯靠%&&&&&%all模块进行。在APP中运转一个TI的操作体系，APP中各个线程经过操作体系来调用CC2640的硬件。因为BLE的数据包一包带着位数较少咱们需求在在心电监护线程中将经过SPI得到的数据进行拆分然后封包发送出去，然后再安卓渠道进行复原。CC2640的程序流程如图5。
7 安卓软件规划
安卓程序部分首要由蓝牙模块、数据处理模块、实时显现模块和数据保存模块构成。数据首要经过蓝牙模块承受收据然后经过BroadcasrReceiver大局监听每包数据是否承受成功，成功今后进行分包数据复原经过JAVA内部多线程传递机制运用handle将数据传递给显现模块进行数据的实时显现，实时显现部分选用了MPandroidChart结构，此结构能够轻松制作多种图表。数据保存的模块敞开时也要独自敞开新线程以避免呈现ANR导致程序退出[8]。
8 体系成果
终究显现成果如图6所示，当挑选change按钮时分会切换其他导联。挑选savetxt按钮时会开端保存为txt方式的数据。当挑选savepicture按钮时分会保存当时的截图。Txt方式数据便利长期的保居心电成果以便医师取得24h数据，而截图的数据能更直观的给医患调查特守时间的心电波形。保存数据如图7和图8所示。
本文选用了TI公司的ADS1298作为心电信号的模仿搜集前端，运用CC2640将数据经过BLE传递到手机，进步体系功用的一起也减少了PCB的体积。将一部分功用转移到手机端减低了功耗和本钱。而且在安卓渠道能够实时显现波形和切换导联，而且能够随时随地记载和存储心电信号。还能够经过安卓手机的各种接口将数据传送到医师手中使得患者在家中也能够进行确诊。
参阅文献：
[1]魏厚杰,金安.ADS1298模仿前端的便携式生理信号搜集体系[J].单片机与嵌入式体系运用,2012,12(2):36-39.
[2]李阳青.依据ADS1298芯片的12导心电图仪的规划[[J].医疗配备,2016,(18):34-35.
[3]德州仪器公司.ADS1298R全面集成型模仿前端计划[J].国际电子元器材,2013,(01):62-62.
[4]马晓玉.依据STM32和蓝牙4.1的便携式心电搜集剖析体系研讨[D].燕山大学,2016.
[5]蔡露.依据Android和ARM渠道BLE4.0的手腕式计步器的规划与完成[D].广西师范大学,2015.
[6]黄越.一种便携式动态心电监测体系的研讨与开发[D].吉林大学,2013.
[7]曹小娜. TI全新SimpleLink MCU渠道探究无限或许[J].国际电子元器材,2017,(04):46-47.
[8]李宁.Android威望攻略[M].北京:人民邮电出版社.2011.
本文来源于《电子产品国际》2018年第1期第42页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
