《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于Linux和MiniGUI的心電監(jiān)護儀設(shè)計

2017-04-19
關(guān)鍵詞: Linux MiniGUI 心電監(jiān)護儀

  0 引言

  隨著人們生活節(jié)奏加快,人口逐漸老齡化,,心臟疾病成為危害人類健康和生命的主要疾病之一。心電監(jiān)護系統(tǒng)為心臟病人診斷和治療提供了一個有效的手段,,對心臟疾病的防治和診斷具有重大的意義,,本介紹一種基于LinuxMiniGUI 的心電監(jiān)護系統(tǒng),,能夠滿足患者隨時隨地對心電進行方便快捷的監(jiān)測,及時地發(fā)現(xiàn)異常情況并采取有效的措施,,從而更好地保護人們的身體健康,。

  1 硬件系統(tǒng)設(shè)計

  本系統(tǒng)采用S3C2440 處理器作為控制中心,S3C2440 是基于ARM920T 內(nèi)核的16 /32 位RISC 嵌入式處理器,,最高主頻可達532MHz,,提供64MSDRAM、64M Nand Flash 以及2M Nor Flash 的存儲設(shè)備,,獨立的16kB 指令緩存和16kB 數(shù)據(jù)緩存,,LCD 控制器,3通道的異步串口,,SPI 同步串口,,117 位通用的I /O 口,1個內(nèi)部時鐘,,8通道10 位的ADC,,觸摸屏接口,以太網(wǎng)控制器,、PCMCIA 接口,、USB 接口等,具有高性能,、低功耗,、高性價比等特點,主要用于視頻會議,、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控,,GPS 定位/導(dǎo)航儀等,特別是醫(yī)療電子設(shè)備,。系統(tǒng)的整體硬件結(jié)構(gòu)如圖1 所示,,能夠?qū)崿F(xiàn)對心電信號采集、處理,、顯示,、存儲等功能。

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  圖1 系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)

  2 軟件系統(tǒng)設(shè)計

  2. 1 構(gòu)建嵌入式Linux

  心電界面的開發(fā)是基于MiniGUI 的嵌入式Linux系統(tǒng),。在各種嵌入式操作系統(tǒng)中,,Linux 以其結(jié)構(gòu)清晰、源代碼公開,、功能強大,、又易于移植得到廣泛的使用,。本系統(tǒng)內(nèi)核采用2. 6 版本的內(nèi)核,Linux 2. 6 內(nèi)核在性能,、模塊支持,、可用性、可測量性等方面有大幅度的提高,。一個完整的嵌入式Linux 系統(tǒng)主要包括BootLoader( 引導(dǎo)程序) ,、內(nèi)核和根文件系統(tǒng)3 個方面,。本系統(tǒng)中Bootloader 采用VVi,,文件系統(tǒng)采用Yaffs。根據(jù)目標平臺實際的需要,,對引導(dǎo)程序,、內(nèi)核和文件系統(tǒng)進行裁減、配置,,最后把編譯好的ViVi 以及生成的Linux 內(nèi)核和文件系統(tǒng)的鏡像文件燒錄到平臺中并運行,,嵌入式Linux 構(gòu)建完畢。

  2. 2 圖形用戶界面MiniGUI

  MiniGUI 是基于Linux 的輕量級的圖形用戶界面支持系統(tǒng),,是由原清華大學(xué)教師魏永明主持開發(fā),,遵循GPL 公約。所支持的操作系統(tǒng)已不僅僅限于Linux,,它還可以在uClinux,、uC /OS-Ⅱ、eCos 和Vx-Works 等系統(tǒng)上運行,。已驗證的硬件平臺包括Intelx86,,ARM ( ARM/AMR9 /StrongARM/xScale ) ,Power-PC,,MIPS,,M68K ( DragonBall /ColdFire ) 等。對MiniGUI 移植,,首先下載MiniGUI 的源代碼libminigui-1. 6. 10. tar. gz ( MiniGUI 函數(shù)庫源代碼) 和minigui-minigui-res-1. 6. 10. tar. gz( MiniGUI 所使用的資源,,包括基本字體、圖標,、位圖和鼠標光標) ,,然后編譯安裝并將MiniGUI 的資源拷貝到目標平臺上,最后修改目標平臺的/etc /MiniGUI. cfg 文件,,對目標平臺MiniGUI 的運行環(huán)境進行配置,。

  2. 3 心電采集界面設(shè)計

  2. 3. 1 主界面

  MiniGUI 中有3 種窗口類型: 主窗口、對話框和控件窗口,,心電采集界面是采用對話框進行設(shè)計,,對話框編程是一種快速構(gòu)建用戶界面的技術(shù),,MiniGUI提供了一種基于模板的機制,利用DLGTEMPLATE和CTRLDATA 兩個結(jié)構(gòu)體來表示,,DLGTEMPLATE用來定義對話框本身,,結(jié)構(gòu)體CTRLDATA 用來定義控件。利用這兩個結(jié)構(gòu)體模板,,用戶可以根據(jù)需要在程序中定義自己的對話框和控件,。主界面的對話框定義如下:

  static DLGTEMPLATE DlgInitProgress =

  {

  WS_BORDER WS_CAPTION,

  WS_EX_NONE,,

  0,,0

  , 240,, 320,,

  " 歡迎使用心電信號采集系統(tǒng)" ,

  0,,0

  ,,

  10,NULL,,

  0

  } ;

  用CTRLDATA 定義對話框中所有的控件并用數(shù)組表示,,對話框常常使用控件來實現(xiàn)提示或者設(shè)置等功能,定義控件數(shù)組模型如下:

  static CTRLDATA CtrlInitProgess[]=

  {

  { CTRL_STATIC,,

  WS_CHILD|WS_VISIBLE| SS_NOTIF

  |WS_BORDER,,

  0,0

  ,, 240,,

  30

  IDC_STATIC1,

  “歡迎使用心電信號采集系統(tǒng)”,,

  0

  }

  ;

  {

  …

  } ;

  …

  } ;

  通過上述方法生成的心電監(jiān)護儀主界如圖2 所示,。心電采集界面主要有心電數(shù)據(jù)采集與顯示、存儲,、分析等功能,,采用多線程編程,為采集,、顯示,、存儲、分析各建立一個專門的線程,。多線程進行數(shù)據(jù)采集可以有效地加快程序的反應(yīng)速度,、增加執(zhí)行的效率。

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  圖2 電監(jiān)護儀主界面

  在MiniGUI 中,,使用消息驅(qū)動作為應(yīng)用程序的創(chuàng)建構(gòu)架,。在消息驅(qū)動的應(yīng)用程序中,,計算機外設(shè)發(fā)生的事件都由支持系統(tǒng)收集,將以事先的約定格式翻譯為特定的消息,。應(yīng)用程序一般包含有自己的消息隊列,,系統(tǒng)將消息發(fā)送到應(yīng)用程序的消息隊列中。從消息隊列中讀取這些消息,,并由窗口過程函數(shù)來處理這些消息,。本系統(tǒng)界面通過鼠標鍵的按擊,翻譯成特定的消息,,若收到的是控件消息,,則判斷ID,根據(jù)應(yīng)用程序進行相應(yīng)的消息處理,。

  2. 3. 2 心電采集與顯示

  心電數(shù)據(jù)采集采用定時器進行采集和顯示,,定時器使用SetTimer 函數(shù)創(chuàng)建,創(chuàng)建時需要指定定時器標識號以及定時時間,,當定時時間到達時,定時器將會產(chǎn)生MSG _ TIMER 消息,,本系統(tǒng)的心電采集頻率為200Hz,。

  從A/D 寄存器讀取三通道的數(shù)據(jù)存入數(shù)組中,并將數(shù)組中的數(shù)據(jù)在液晶顯示器上繪出,。在MiniGUI 中實時繪圖采用GDI,,GUI 系統(tǒng)的一個重要組成部分就是GDI,即圖形設(shè)備接口( Graphics Device  Interface) ,。通過GDI,,GUI 程序就可以在計算機屏幕上,或者其它的顯示設(shè)備上進行圖形輸出,,包括基本繪圖和文本輸出,。所有繪圖相關(guān)的函數(shù)均需要有一個設(shè)備上下文,為了提高繪圖效率,,在這里建立私有設(shè)備上下文,,所建立的設(shè)備上下文在整個窗口生存期內(nèi)有效,從而免除了獲取和釋放的過程,。利用hdc =GetPrivateClientDC( hDlg) 可獲得私有設(shè)備上下文,。然后調(diào)用MoveTo ( HDC hdc, int x,, int y) 和LineTo( HDC hdc,, int x, int y) 對數(shù)組中的數(shù)據(jù)進行畫線,,由于采集到的心電數(shù)據(jù)較小,,因此在對其進行畫線之前根據(jù)顯示區(qū)域?qū)λ袛?shù)據(jù)進行適當放大,,這樣可以使心電波形在液晶顯示器上直觀顯示。

  2. 3. 3 心電數(shù)據(jù)分析

  在心電數(shù)據(jù)顯示和分析線程中,,由于心電信號容易受到各種干擾的影響,,為了濾除心電信號中的干擾成分,首先要進行數(shù)字濾波處理,,采用FFT 濾波和滑動平均濾波的方法使圖像得以平滑,,并采用差分方法進行R 波檢測。當采集到5 秒的數(shù)據(jù)的時候,,程序啟動心電數(shù)據(jù)分析線程,,對存儲在數(shù)組中的心電數(shù)據(jù)進行分析,主要進行R 波檢測,,并且在液晶顯示器上顯示,。

  2. 3. 4 心電界面程序的編譯

  心電界面程序首先是在PC 機上編寫的,為了能夠在目標平臺上運行,,必須先進行交叉編譯,,編譯

  如下:

  #arm-linux-gcc -I /home /include -L/home /lib-O2 -oxindian xindian.c -lminigui -lmgext -lm -ljpeg-lpthread-lpng

  這時生成心電界面程序的可執(zhí)行文件,將其下載到目標平臺中即可運行,。

  3 結(jié)束語

  本文研制的心電監(jiān)護儀采用高性能的ARM9 微處理器為核心,,在其上移植Linux 操作系統(tǒng),并用  MiniGUI 進行心電界面開發(fā),,能夠?qū)π碾娦盘栠M行采集,、波形顯示及處理,實現(xiàn)心電信號的實時監(jiān)護的目的,。該心電監(jiān)護儀結(jié)合了目前現(xiàn)有的心電監(jiān)護儀的優(yōu)點,,體積小、重量輕,,并且具有操作界面簡潔,、可擴展性強等優(yōu)點,對各種心率失常及各種心臟病變有較高的診斷價值,。

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