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基于ARM与嵌入式Linux的低负荷远程医疗装置的研究与实现

作　者: 成永彬
导　师: 朱力强
学　校: 北京交通大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 低负荷检测技术 ARM技术嵌入式LINUX 远程医疗滤波算法
分类号: TP316.81
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

人体生理参数能够反映人体的基本健康状况。目前医院对病人生理参数的检测主要是通过生理参数检测仪实现的,而该检测方法需要在人体粘贴六枚电极,往往给病人带来一定的生理和心理负担,且长时间的电极接触又常导致皮肤伤害,给病人带来二次伤害。此外,在医疗资源紧张的环境下,传统的检测方法需要专业医护人员全程操作,进一步加重了其工作量。因此,研究一种低负荷检测生理参数并实现远程医疗的新方式具有重要的医学意义和实际价值。本文基于嵌入式ARM技术研究设计了低负荷远程医疗装置,主要研究内容包括：1.进行了系统硬件电路设计。本文吸取国内外低负荷生理参数检测技术的设计理念,将传感器集成到智能床毯上,研制成床毯式智能采集装置。同时,基于ARM硬件平台发展具有网络通信功能、生理信号分析功能的病人信息台式终端,与床毯式智能采集装置共同组成低负荷远程医疗装置的硬件平台。2.进行了系统软件平台设计。本文使用嵌入式LINUX作为操作系统平台,并在LINUX系统下完成了I/O设备与USB无线网卡的驱动程序。使用Qt作为应用程序开发环境,Qt C/C++作为编程语言,完成系统所需的各种功能要求。3.进行了生理信号预处理和特征波提取算法研究。本文在研究总结了前人关于微弱信号处理算法的基础上,采用了巴特沃斯滤波算法对原始信号降噪处理,并且提出特征波提取算法实现心率和呼吸率参数值的计算。另外,对数名自愿患者进行对比实验,通过统计分析方法验证算法的可靠性。4.在以上研究基础上,结合低负荷生理参数检测技术、网络通信技术等,构成了基于ARM和嵌入式LINUX的低负荷远程医疗装置系统。本系统突破了传统医学检测方法,实现了低负荷条件下生理参数检测以及远程医疗功能。本文实现生理参数实时检测与分析,能够及时准确判断报警信息,为病人的生命安全提供有效保障。远程医疗功能通过网络通信技术实现了医生远程监控病人信息,有效降低了医护工作人员的工作量,节约人员成本。低负荷远程医疗装置性能优良、使用方便,适合医院、社区以及家庭使用,运行该系统可实现低生理、心理负荷下的基本生理参数的长时间、动态获取,在医学检测研究中将有着广阔的应用前景。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-12
1 绪论  12-18
  1.1 课题背景与研究意义  12-13
  1.2 国内外研究现状和发展趋势  13-16
    1.2.1 低负荷检测技术  13-15
    1.2.2 远程医疗技术  15-16
  1.3 本文主要研究内容  16
  1.4 本章小结  16-18
2 低负荷远程医疗装置系统总体方案  18-24
  2.1 系统功能需求分析和采集参数的确定  18-20
    2.1.1 低负荷远程医疗装置功能的需求分析  18-19
    2.1.2 采集参数的数量和类型的确定  19-20
    2.1.3 低负荷远程医疗装置的数据流程  20
  2.2 总体方案的确定  20-23
  2.3 本章小结  23-24
3 系统硬件平台设计  24-44
  3.1 低负荷远程医疗装置系统硬件框图  24-25
  3.2 床毯式智能采集装置硬件设计  25-31
    3.2.1 传感器选型及接口电路设计  25-27
    3.2.2 模拟信号处理电路  27
    3.2.3 单片机处理器电路设计  27-29
    3.2.4 AD转换电路设计  29-30
    3.2.5 电源电路设计  30
    3.2.6 温度测量电路  30-31
  3.3 病人信息台式终端硬件设计  31-42
    3.3.1 ARM嵌入式系统简介  31
    3.3.2 ARM微处理器选型  31-33
    3.3.3 FLASH存储器电路设计  33-35
    3.3.4 SDRAM存储器电路设计  35-36
    3.3.5 串口接口电路设计  36-37
    3.3.6 电源电路设计  37
    3.3.7 按键接口电路设计  37-38
    3.3.8 液晶显示屏驱动电路设计  38-39
    3.3.9 USB设备驱动电路设计  39-40
    3.3.10 网络接口电路设计  40
    3.3.11 JTAG调试接口与复位电路设计  40-41
    3.3.12 音频接口电路设计  41-42
  3.4 系统硬件实物图  42-43
  3.5 本章小结  43-44
4 系统软件平台设计  44-68
  4.1 系统软件结构简介  44-45
    4.1.1 嵌入式LINUX操作系统  44
    4.1.2 嵌入式LINUX驱动程序  44-45
    4.1.3 上层应用程序  45
    4.1.4 系统软件各部分功能  45
  4.2 系统软件启动流程分析  45-46
  4.3 嵌入式LINUX系统的移植  46-58
    4.3.1 BootLoader简介  46-50
    4.3.2 移植LINUX内核  50-55
    4.3.3 移植根文件系统  55-58
  4.4 嵌入式LINUX设备驱动程序  58-62
    4.4.1 嵌入式LINUX设备驱动程序简介  58-60
    4.4.2 报警灯驱动程序开发过程分析  60-61
    4.4.3 USB无线网卡驱动移植过程分析  61
    4.4.4 驱动程序调用过程分析  61-62
  4.5 应用程序开发  62-67
    4.5.1 Qt开发平台简介  63-65
    4.5.2 应用程序功能的实现  65-67
  4.6 本章小结  67-68
5 生命体征波形滤波及算法研究  68-84
  5.1 数字信号滤波基础  68-75
    5.1.1 数字滤波简介  68-69
    5.1.2 数字滤波器性能指标  69-70
    5.1.3 滤波器的设计  70-75
  5.2 生命体征波形滤波处理  75-76
  5.3 特征波提取算法  76-77
  5.4 装置可靠性实验分析  77-82
    5.4.1 设计实验方案  77-78
    5.4.2 评价方法与统计方法  78-79
    5.4.3 评价标准  79
    5.4.4 实验结果  79-82
  5.5 本章小结  82-84
6 总结与展望  84-86
参考文献  86-90
作者简历  90-94
学位论文数据集  94

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