嵌入式系统/ARM技术中的浅谈简化便携式医疗设备原理及设计
医疗电器OEM厂商正在开发技术含量更高的、用于治疗和监控常见疾病的个人保健设备。这些产品价格合理,极大提高了医疗保健质量。MCU在家用血压计、肺活量计、脉搏血氧计及心率监测器等便携式医疗设备中起着重要作用。将高性能模拟外设嵌入超低功耗 MCU 中,不仅可以实现便携式医疗电子设备的片上系统化,而且还可延长电池使用寿命。本文将介绍简化便携式电池供电医疗设备的模拟前端设计的多种方法。将上述外设与 MCU 结合使用,不仅可以实现上述全部功能,而且还可通过关闭外设使其进入待机模式(电流消耗仅为几mA)来满足功耗要求。 MCU(Micro Control Unit)中文名称为微控制单元,又称单片微型计 嵌入式系统在医疗设备领域的应用正在不断拓展,特别是在便携式医疗设备中,它们扮演着核心角色。本文主要探讨了如何通过优化嵌入式系统,尤其是采用ARM架构的微控制单元(MCU),来简化便携式医疗设备的设计,提高设备性能,同时降低功耗。 MCU是一种集成度极高的计算平台,它将中央处理器、内存和各种输入输出接口集成在一个芯片上,实现了系统的微型化。在便携式医疗设备中,如家用血压计、肺活量计、脉搏血氧计和心率监测器等,MCU是关键组件,负责处理数据采集、计算、控制和通信等功能。通过将高性能模拟外设与超低功耗MCU相结合,可以构建片上系统(SoC),进一步减少外部组件,提高系统可靠性,同时延长电池寿命。 在简化模拟前端设计方面,文中提到了一种策略:利用MCU的低功耗特性,在不需外设工作时将其置于待机模式,降低电流消耗。例如,MCU可以通过I2C总线与温度传感器通信,这种总线只需两条线,且完全依赖软件控制,能有效减少硬件资源。传感器的地址可以通过地址引脚设置,允许一根I2C总线上连接多个设备。 在实际应用中,如血压计的设计,MCU不仅要读取传感器数据,还要处理数据(如正负判断、二进制到BCD转换)、控制显示(如在LCD上显示结果),甚至控制设备的工作流程(如启动温度测试并设置定时中断)。例如,MSP430FG4619是TI公司的一款16位RISC架构MCU,集成了运算放大器、ADC、DAC和大量闪存,特别适合于这类需要高性能模拟处理和低功耗的医疗应用。 在血压计的功能结构中,MCU的运算放大器用于放大压力变送器的信号,经过ADC转换后,通过DMA外设快速处理Korotkoff音检测算法,从而准确测定血压。此外,MCU还可以通过PWM控制马达充放气,实现对袖带的压力调节。通过精心设计的电源管理,如使用LDO和合适类型的电池,可以确保设备在长时间使用下仍保持良好的电池寿命。 嵌入式系统和ARM技术在便携式医疗设备设计中的应用,显著提升了设备的便携性和效率,降低了制造成本,同时也为患者提供了更便捷、更精确的自我健康管理工具。随着技术的不断发展,我们可以期待更多创新的、基于嵌入式系统的医疗解决方案出现在市场上,进一步推动医疗保健领域的进步。























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