基于ARMS3C2410的便携式脉象仪

郭海坤 程诺 孙大勇

摘要：我们致力于设计并研发一款便携式智能中医脉象健康监测设备，以解决现代快节奏中的健康问题。本设备是一款基于ARM的便携式智能监测设备，硬件部分的核心是S3C2410处理器。该微控制芯片内部包含了定时器部件（RTC）和A/D转换部件，脉象信号由脉象传感器采集，正常的脉象波信号是一种微弱的电压信号，因此脉象波信号采集电路中设计了放大电路、滤波电路等，以便脉象波信号幅值符合要求，经A/D转换部件变成数字信号输入微控制器并通过以太网端口输出，系统采用基于因特网的接入方式，TCP/IP协议栈使得嵌入式系统可以通过Internet将通信距离无限扩展，以长距离监控自身身体状况。

关键词：便携式;脉象;S3C2410处理器

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）09-0213-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 引言

1.1中医脉象研究的意义

脉诊作为中医最独特的诊疗方法有着相当古远的历史源头，是我国中医几千年来经验的结晶，经历代医学家的反复医疗实践与不断总结，已使其发展成为一门诊疗科学-脉象学[1]。脉诊古有遍诊法、三部诊法和寸口法，并依脉的位、数、律、行、势，在归纳总结之后分为28种脉象[2]。

随着生活水平的不断提高，自身的身体健康越来越受到人们的关注。人们对疾病防范监控意识不断增强，非介入性的诊断方式飞速发展[3]。脉诊因其丰富的中医内涵和深厚的理论基础脱颖而出，因此，如何运用现代的科学技术和方法，客观、准确地将提取出来的脉搏信号进行相应的定性诊断，对中医脉诊学的弘扬，具有非常重要的现实意义。自20世纪50年代以来脉诊客观化研究已取得一定希望，近年来新型传感产品、新数据分析方法不断出现，所以，将传统的中医弘扬光大，必须与现代信息技术结合，实现更确切、真实的诊断结果。

1.2脉象仪国内外研究现状

医疗器械技术不断突破以及"互联网+"向医疗器械领域的深层次渗透，信息技术融入医疗设备领域，进一步激活了便携式医疗器械市场，使其成为整个医疗器械市场中发展最为突出的领域之一。从市场发展角度分析，我国便携式医疗器械尚处于快速发展期间，其占总体医疗器械市场规模的比重不断提升，而且随着未来便携式医疗器械技术的不断发展成熟，此领域愈发凸显出良好的市场前景。其中家用型可穿戴医疗器械将成为未来市场应用最大的主体部分。

相对于国内的相关领域发展，国外关于这方面关注度相对较高，渗入的也略早。例如美国，市场的调研报告显示有21%的消费者拥有便携式设备，其中的便携式医疗器械无疑是需求最确定、市场潜力最大的应用。除此之外，英国、法国、爱尔兰、日本、韩国、阿根廷等国家也在如火如荼地进行相关研究与开发。但中医是中华传统医学智慧的结晶，国内研究和开发的空间远大于国外，这也是与中医相关的便携式设备发展炽热的原因。

2 研究方案

2.1 研究目标

我们致力于设计并研发一款便携式智能中医脉象健康监测设备，以解决现代快节奏中的健康问题。我们的该智能终端产品主要以人体脉象监测为主，收集用户的脉象信息并上传于专门的信息库中，通过互联网通信模块，访问已建立的脉象数据库，借用大数据分析，帮助病人以及亚健康人群了解自身脉象状况，并提供可能性分析，通过后台的精密运算，给出精确的符合用户个人身体状况的安全合理的中医理疗建议;

同时也可用于远程医疗的智能辅助设备，实现中医师远程分析患者脉象的可能性，缩短与健康生活的距离，实时监测用户脉象健康状况，并予以及时提醒，通过各项数据使用户对自己的身体健康了如指掌。

2.2 工作原理

本设备是一款基于ARM的便携式智能监测设备，硬件部分的核心是S3C2410处理器。该微控制芯片内部包含了定时器部件（RTC）和A/D转换部件，脉象信号由脉象传感器采集，正常的脉象波信号是一种微弱的电压信号，因此脉象波信号采集电路中设计了放大电路丶滤波电路等，以便脉象波信号幅值符合要求，经A/D转换部件变成数字信号输入微控制器并通过以太网端口输出，系统采用基于因特网的接入方式，TCP/IP协议栈使得嵌入式系统可以通过Internet将通信距离无限扩展，以长距离监控自身身体状况。

3 嵌入式系统组成及基本结构

3.1 S3C2410处理器

S3C2410处理器是基于ARM920T处理器核，采用FBGA封装，采用0.18um制造工艺的32位微控制器。结构如下图：

3.2系统需求

便携式中医智能脉象诊断器可用来实时记录使用者的脉象波形，并可以通过显示回放所记录的脉象波形和给出脉象所对应的身体状况。即：脉象数据由传感器采集后变成数字信号，然后存储在存储器中，并通过显示器回馈相应的信息，可以给使用者和医生提供相应的治疗依据。

3.3系统硬件结构

①中医智能脉象诊断器硬件部分的核心是S3C2410处理器。该微控制芯片内部包含了定时器部件（RTC）和A/D转换部件，脉象信号由脉象传感器采集，经A/D转换部件变成数字信号输入微控制器并通过以太网端口输出。

②键盘是用户通过它输入选择信息（如姓名账号丶年龄丶体重丶身高等）。显示器和显示控制器作为系统的输出部分，用来输出使用者的脉象及身体状况。

③电池电量检测和键盘通过I/O接口与微控制器连接。RTC作为系统内部的计时部件，为系统提供时间和计时服务。

④系统采用基于因特网的接入方式，可实现S3C2410连接。

3.4系统软件结构

由于功能要求中需要进行脉象波形的显示及脉象样本数据的压缩和保存，所以，为了使应用软件开发便捷，减少软件开发的工作量，构建一个嵌入式操作系统（目前暂定uC/OS-Ⅱ），然后在此平台上设计其他功能的应用程序。

3.5 构成设计及集成

①脉象波采集电路

正常的脉象波信号是一种微弱的电压信号，因此脉象波信号采集电路中，在A/D转换电路之前需要设计放大电路丶滤波电路等，以便在连接到A/D转换器输入引脚上的脉象波信号幅值符合要求。放大电路采用两级放大，第一级放大电路核心芯片选用AD620。放大后的信号首先通过一级高通滤波器滤去直流分量，再经过一个二阶有源低通滤波器，完成滤波功能。

②键盘接口电路

该键盘设计成3*4的键盘阵列，由12个按键组成。

4 结束语

中医中脉象具有巨大的研究价值，对于中医的弘扬有巨大的作用。便携式脉象仪其应用对象广泛，根据职业可分为医生类和非医生类。对于医师，该设备可提高诊断准确率，减少就诊时间，方便寻找病因。对于家用，该设备便携，适用于各类年龄段人群，提供脉象相关数据，让使用者了解身体健康状况，适时调整饮食、睡眠等生活方式。本设备还并不完善，只完成了采集的工作，后续的分析工作还需继续进行。

参考文献：

[1] 黄世林，孙明异.中医脉象研究[M].人民卫生出版，1986.

[2] 朱翠玲.現代生物医学工程[M].北京：中国科学技术出版社，1992.

[3] 庄泽澄.中医诊断学[M].北京：科学出版社，1992.

【通联编辑：光文玲】