基于ARMS3C2410的便攜式脈象儀

郭海坤 程諾 孫大勇

摘要：我們致力于設(shè)計(jì)并研發(fā)一款便攜式智能中醫(yī)脈象健康監(jiān)測設(shè)備，以解決現(xiàn)代快節(jié)奏中的健康問題。本設(shè)備是一款基于ARM的便攜式智能監(jiān)測設(shè)備，硬件部分的核心是S3C2410處理器。該微控制芯片內(nèi)部包含了定時(shí)器部件（RTC）和A/D轉(zhuǎn)換部件，脈象信號(hào)由脈象傳感器采集，正常的脈象波信號(hào)是一種微弱的電壓信號(hào)，因此脈象波信號(hào)采集電路中設(shè)計(jì)了放大電路、濾波電路等，以便脈象波信號(hào)幅值符合要求，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換部件變成數(shù)字信號(hào)輸入微控制器并通過以太網(wǎng)端口輸出，系統(tǒng)采用基于因特網(wǎng)的接入方式，TCP/IP協(xié)議棧使得嵌入式系統(tǒng)可以通過Internet將通信距離無限擴(kuò)展，以長距離監(jiān)控自身身體狀況。

關(guān)鍵詞：便攜式;脈象;S3C2410處理器

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）09-0213-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 引言

1.1中醫(yī)脈象研究的意義

脈診作為中醫(yī)最獨(dú)特的診療方法有著相當(dāng)古遠(yuǎn)的歷史源頭，是我國中醫(yī)幾千年來經(jīng)驗(yàn)的結(jié)晶，經(jīng)歷代醫(yī)學(xué)家的反復(fù)醫(yī)療實(shí)踐與不斷總結(jié)，已使其發(fā)展成為一門診療科學(xué)-脈象學(xué)[1]。脈診古有遍診法、三部診法和寸口法，并依脈的位、數(shù)、律、行、勢，在歸納總結(jié)之后分為28種脈象[2]。

隨著生活水平的不斷提高，自身的身體健康越來越受到人們的關(guān)注。人們對疾病防范監(jiān)控意識(shí)不斷增強(qiáng)，非介入性的診斷方式飛速發(fā)展[3]。脈診因其豐富的中醫(yī)內(nèi)涵和深厚的理論基礎(chǔ)脫穎而出，因此，如何運(yùn)用現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)和方法，客觀、準(zhǔn)確地將提取出來的脈搏信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的定性診斷，對中醫(yī)脈診學(xué)的弘揚(yáng)，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。自20世紀(jì)50年代以來脈診客觀化研究已取得一定希望，近年來新型傳感產(chǎn)品、新數(shù)據(jù)分析方法不斷出現(xiàn)，所以，將傳統(tǒng)的中醫(yī)弘揚(yáng)光大，必須與現(xiàn)代信息技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更確切、真實(shí)的診斷結(jié)果。

1.2脈象儀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

醫(yī)療器械技術(shù)不斷突破以及"互聯(lián)網(wǎng)+"向醫(yī)療器械領(lǐng)域的深層次滲透，信息技術(shù)融入醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，進(jìn)一步激活了便攜式醫(yī)療器械市場，使其成為整個(gè)醫(yī)療器械市場中發(fā)展最為突出的領(lǐng)域之一。從市場發(fā)展角度分析，我國便攜式醫(yī)療器械尚處于快速發(fā)展期間，其占總體醫(yī)療器械市場規(guī)模的比重不斷提升，而且隨著未來便攜式醫(yī)療器械技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，此領(lǐng)域愈發(fā)凸顯出良好的市場前景。其中家用型可穿戴醫(yī)療器械將成為未來市場應(yīng)用最大的主體部分。

相對于國內(nèi)的相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展，國外關(guān)于這方面關(guān)注度相對較高，滲入的也略早。例如美國，市場的調(diào)研報(bào)告顯示有21%的消費(fèi)者擁有便攜式設(shè)備，其中的便攜式醫(yī)療器械無疑是需求最確定、市場潛力最大的應(yīng)用。除此之外，英國、法國、愛爾蘭、日本、韓國、阿根廷等國家也在如火如荼地進(jìn)行相關(guān)研究與開發(fā)。但中醫(yī)是中華傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)智慧的結(jié)晶，國內(nèi)研究和開發(fā)的空間遠(yuǎn)大于國外，這也是與中醫(yī)相關(guān)的便攜式設(shè)備發(fā)展熾熱的原因。

2 研究方案

2.1 研究目標(biāo)

我們致力于設(shè)計(jì)并研發(fā)一款便攜式智能中醫(yī)脈象健康監(jiān)測設(shè)備，以解決現(xiàn)代快節(jié)奏中的健康問題。我們的該智能終端產(chǎn)品主要以人體脈象監(jiān)測為主，收集用戶的脈象信息并上傳于專門的信息庫中，通過互聯(lián)網(wǎng)通信模塊，訪問已建立的脈象數(shù)據(jù)庫，借用大數(shù)據(jù)分析，幫助病人以及亞健康人群了解自身脈象狀況，并提供可能性分析，通過后臺(tái)的精密運(yùn)算，給出精確的符合用戶個(gè)人身體狀況的安全合理的中醫(yī)理療建議;

同時(shí)也可用于遠(yuǎn)程醫(yī)療的智能輔助設(shè)備，實(shí)現(xiàn)中醫(yī)師遠(yuǎn)程分析患者脈象的可能性，縮短與健康生活的距離，實(shí)時(shí)監(jiān)測用戶脈象健康狀況，并予以及時(shí)提醒，通過各項(xiàng)數(shù)據(jù)使用戶對自己的身體健康了如指掌。

2.2 工作原理

本設(shè)備是一款基于ARM的便攜式智能監(jiān)測設(shè)備，硬件部分的核心是S3C2410處理器。該微控制芯片內(nèi)部包含了定時(shí)器部件（RTC）和A/D轉(zhuǎn)換部件，脈象信號(hào)由脈象傳感器采集，正常的脈象波信號(hào)是一種微弱的電壓信號(hào)，因此脈象波信號(hào)采集電路中設(shè)計(jì)了放大電路丶濾波電路等，以便脈象波信號(hào)幅值符合要求，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換部件變成數(shù)字信號(hào)輸入微控制器并通過以太網(wǎng)端口輸出，系統(tǒng)采用基于因特網(wǎng)的接入方式，TCP/IP協(xié)議棧使得嵌入式系統(tǒng)可以通過Internet將通信距離無限擴(kuò)展，以長距離監(jiān)控自身身體狀況。

3 嵌入式系統(tǒng)組成及基本結(jié)構(gòu)

3.1 S3C2410處理器

S3C2410處理器是基于ARM920T處理器核，采用FBGA封裝，采用0.18um制造工藝的32位微控制器。結(jié)構(gòu)如下圖：

3.2系統(tǒng)需求

便攜式中醫(yī)智能脈象診斷器可用來實(shí)時(shí)記錄使用者的脈象波形，并可以通過顯示回放所記錄的脈象波形和給出脈象所對應(yīng)的身體狀況。即：脈象數(shù)據(jù)由傳感器采集后變成數(shù)字信號(hào)，然后存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，并通過顯示器回饋相應(yīng)的信息，可以給使用者和醫(yī)生提供相應(yīng)的治療依據(jù)。

3.3系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

①中醫(yī)智能脈象診斷器硬件部分的核心是S3C2410處理器。該微控制芯片內(nèi)部包含了定時(shí)器部件（RTC）和A/D轉(zhuǎn)換部件，脈象信號(hào)由脈象傳感器采集，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換部件變成數(shù)字信號(hào)輸入微控制器并通過以太網(wǎng)端口輸出。

②鍵盤是用戶通過它輸入選擇信息（如姓名賬號(hào)丶年齡丶體重丶身高等）。顯示器和顯示控制器作為系統(tǒng)的輸出部分，用來輸出使用者的脈象及身體狀況。

③電池電量檢測和鍵盤通過I/O接口與微控制器連接。RTC作為系統(tǒng)內(nèi)部的計(jì)時(shí)部件，為系統(tǒng)提供時(shí)間和計(jì)時(shí)服務(wù)。

④系統(tǒng)采用基于因特網(wǎng)的接入方式，可實(shí)現(xiàn)S3C2410連接。

3.4系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

由于功能要求中需要進(jìn)行脈象波形的顯示及脈象樣本數(shù)據(jù)的壓縮和保存，所以，為了使應(yīng)用軟件開發(fā)便捷，減少軟件開發(fā)的工作量，構(gòu)建一個(gè)嵌入式操作系統(tǒng)（目前暫定uC/OS-Ⅱ），然后在此平臺(tái)上設(shè)計(jì)其他功能的應(yīng)用程序。

3.5 構(gòu)成設(shè)計(jì)及集成

①脈象波采集電路

正常的脈象波信號(hào)是一種微弱的電壓信號(hào)，因此脈象波信號(hào)采集電路中，在A/D轉(zhuǎn)換電路之前需要設(shè)計(jì)放大電路丶濾波電路等，以便在連接到A/D轉(zhuǎn)換器輸入引腳上的脈象波信號(hào)幅值符合要求。放大電路采用兩級放大，第一級放大電路核心芯片選用AD620。放大后的信號(hào)首先通過一級高通濾波器濾去直流分量，再經(jīng)過一個(gè)二階有源低通濾波器，完成濾波功能。

②鍵盤接口電路

該鍵盤設(shè)計(jì)成3*4的鍵盤陣列，由12個(gè)按鍵組成。

4 結(jié)束語

中醫(yī)中脈象具有巨大的研究價(jià)值，對于中醫(yī)的弘揚(yáng)有巨大的作用。便攜式脈象儀其應(yīng)用對象廣泛，根據(jù)職業(yè)可分為醫(yī)生類和非醫(yī)生類。對于醫(yī)師，該設(shè)備可提高診斷準(zhǔn)確率，減少就診時(shí)間，方便尋找病因。對于家用，該設(shè)備便攜，適用于各類年齡段人群，提供脈象相關(guān)數(shù)據(jù)，讓使用者了解身體健康狀況，適時(shí)調(diào)整飲食、睡眠等生活方式。本設(shè)備還并不完善，只完成了采集的工作，后續(xù)的分析工作還需繼續(xù)進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃世林，孫明異.中醫(yī)脈象研究[M].人民衛(wèi)生出版，1986.

[2] 朱翠玲.現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)工程[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，1992.

[3] 莊澤澄.中醫(yī)診斷學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，1992.

【通聯(lián)編輯：光文玲】