基于ARM的脉象仪系统设计与实现

摘要：本文介绍了一种基于ARM微处理器的脉象仪系统，该系统以S3C2410嵌入式芯片作为硬件平台。并且详细分析了基于uClinux嵌入式操作系统的软件设计方法。实践证明该系统有效地提高了诊断的精度与效率，具有成本低、可靠性高、操作简单等优点。 

关键词：脉象仪；uClinux；S3C2410；ARM

　　1 引言

　　脉象携带有丰富的人体健康状况的信息。在中医学中，脉诊占有非常重要的位置。由于中医是靠手指获取脉搏信息，在长期的医疗实践中也暴露出一些缺陷。脉诊的定性化和主观性大大影响了其精度与可行性，成为中医脉诊应用和发展中的制约因素。为了促进脉诊的应用和发展，必须与现代科技相结合，实现更科学、客观的诊断。随着嵌入式技术的飞速发展，我们研制出一种基于ARM920T处理器的新型脉象仪。它采用一款ARM920T核的高速处理器S3C2410。该新型脉象仪具有成本低，体积小，可靠性高和操作简单等优点，适用于个人和中小医院的脉象诊断用途。

　　2 系统总体设计思想

　　按照中医脉诊的理论，从左右手腕的寸、关、尺三部按不同的轻重可获知人体五脏六腑的病理变化，模拟中医脉诊过程，设计中医脉象仪。脉象仪原理图如图1所示。

图1 脉象仪原理图

　　应变式传感器是脉象仪普遍采用的一类传感器。某些固体材料受到外力的作用后，其电阻率要发生变化，这种由于应力的作用而使材料电阻率发生变化的现象称为压阻效应。半导体应变片测量应变的原理是以半导体晶体的压阻效应为基础的。用此应变片制成的传感器称为半导体应变式传感器。传感器结构图如图2所示，上下各一片半导体应变片。

图2 传感器结构图

　　应变式传感器的基本组成部件包括:应变片、弹性元件、测量电桥。本文中选用悬壁梁式压力传感器，应变片采用半导体应变片。

　　3 系统硬件模块设计

　　3.1 嵌入式处理器的选择

　　系统采用了ARM920T作为系统与上位机沟通的桥梁。该实验箱如图3所示。

图3 ARM920T实验箱图

　　ARM920T有如下几个主要特点：处理器有高性能的RISC构架；大量的内部寄存器让它的执行效率非常高，使它成为实时控制设备的理想选择。片上的Flash可在线编程。

　　片上资源包括2个32位定时器；1个A/D输入接口；18个多功能I/O接口；1个CPLD；1个64M的SDRAM；1个4M的Flash；1个64M 的Nand Flash控制器；还有中断控制器和系统管理器。

　　处理器采用芯片S3C2410。S3C2410有出色的内核性能，丰富的外部接口和低功耗。在系统中我们用到2种内存，一种SDRAM，一种Flash。

　　SDRAM具有运行速度快的优点，但是掉电后不能保存数据。所以在系统主要是用来运行操作系统、应用程序和各类数据的缓存。

　　Flash内存较SDRAM运行速度慢．但掉电后能保存数据。在该系统设计中选用一种通用的Flash (SST39VF1601)，容量为2MB，主要用于固化启动代码和控制应用程序，并保存一些系统数据。

　　3.2  A/D转换

　　A/D转换电路采用MAXIM公司的MAX197，MAX197采用逐次逼近技术以达到快速变换和低功耗。如图4所示。

图4 MAX197

　　预处理电路包括了电流电压互感器、隔离电路和同步采样电路，可以将信号转换成MAX197相匹配的量值。图4所示的电路采用了内部时钟。 和 逻辑输入端用于启动变换和从器件读出数据。

　　4 系统软件设计

　　为了满足系统对实时性和安全性的要求，系统采用了嵌入式操作系统uClinux。uClinux是针对微控制领域而设计的linux系统，是在linux的基础上添加了对没有内存管理单元的微处理器的支持。一方面它继承了linux的稳定性优点，另一方面其内核相当精简。因此在嵌入式领域得到广泛应用。

　　该脉象仪系统的软件主要由三个部分组成，系统软件结构如图5所示，包括嵌入式linux操作系统，A/D驱动程序和应用程序。

图5 系统软件结构