基于ARM的便携式生物电疗仪

摘要

随着新技术革命的深入发展，电子信息技术的进步，生物医学工程领域也呈现出了一片勃勃生机。各种新技术被应用到了生物医学工程领域，从业人员的素质有了很大的提高，各种新产品和研究成果不断涌现，特别在医疗电子仪器方面，更是竞争激烈，产品更新换代非常快。 本课题紧扣行业热点，提出并研究设计了一种低频生物电疗仪。它的理论基础是低频电流疗法，就是通过控制系统产生特定的电疗波形，然后作用于人体的特定穴位，调整其脉冲频率和电压幅度以适合人体的弛张节奏，从而达到治疗目的。 本系统分为控制部分和PWM接口电路部分。控制部分采用的核心处理器芯片是性价比很高的LPC2290处理器，它的内核是ARM7。ARM7体系作为专为嵌入式系统设计的处理器内核，由于其高性能、低功耗、易扩展的特点，已经成为嵌入式领域应用最广泛的处理器之一；为了增强系统的人机交换性能，本系统设计了一套GUI系统，可以通过触摸屏和彩色LCD实现灵活、便捷的人机交互；另外，受嵌入式系统实时性和多任务的需求，使用嵌入式操作系统已是嵌入式系统的发展趋势之一。而嵌入式实时操作系统μC／OS-Ⅱ具有源代码开放、性能稳定、可移植等优点，应用比较广泛，所以，本系统移植并应用了μC／OS-Ⅱ，对μC／OS-Ⅱ进行了一些改进，使它更适用于本系统。PWM接口电路将LPC2290的输出PWM波进行放大、滤波以达到临床应用标准。 本文主要从理论研究、整体设计、硬件设计、GUI设计、软件设计、软硬件调试这6个重要方面对生物电疗仪进行论述。由于本人所作的工作重点集中在理论研究、整体设计、GUI设计和软件的设计和调试，所以对相关部分做了重点的分析和论述。生物电疗仪的硬件部分作为系统重要组成部分，也会进行整体和宏观上的论述，对其中涉及本人所作工作做了重点分析。

目录

文摘

英文文摘

西北工业大学学位论文知识产权声明书及西北工业大学学位论文原创性声明

第一章绪论

1.1医疗电子仪器的研究和发展状况

1.1.1医疗电子仪器的分类

1.1.2电疗仪器和设备的发展状况和趋势[1-4]

1.2嵌入式技术在医疗电子仪器中的应用

1.2.1嵌入式系统的定义

1.2.2嵌入式技术的发展现状和趋势[6-8]

1.2.3基于嵌入式系统的医疗电子仪器

1.3课题的背景和研究意义

1.4生物电疗理论概述

1.4.1电疗的历史[10]

1.4.2低频电疗的定义

1.4.3低频电疗的生理和治疗作用

1.5本课题所作的主要内容和创新点

1.5.1本课题所作的主要内容

1.5.2本课题的创新点

第二章生物电疗仪系统总体方案设计

2.1本课题理论基础

2.1.1低频电疗法分类

2.1.2生物电疗仪的治疗原理和设计指标

2.1.3电疗信号的产生原理

2.2系统硬件总体方案设计

2.2.1 ARM7处理器概述

2.2.2生物电疗仪的硬件结构概述

2.3系统软件总体方案设计

2.3.1μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统概述[15]

2.3.2生物电疗仪的软件结构概述

2.4小结

第三章生物电疗仪硬件系统设计

3.1控制电路部分

3.1.1基于LPC2290微处理器的最小系统设计

3.1.2存储器系统

3.1.3通信接口

3.1.4人机交互系统设计

3.2 PWM接口电路部分

3.2.1 PWM接口的实现

3.2.2采样电路

3.3系统开关电源指标

3.4小结

第四章生物电疗仪GUI的研究与实现

4.1 GUI管理系统分析

4.2底层驱动程序的分析和设计

4.2.1 LCD驱动程序的分析和设计

4.2.2触摸屏驱动程序的分析和设计

4.3 API函数的分析与设计

4.3.1绘图API函数的分析与设计

4.3.2文字API函数的分析与设计

4.3.3触摸屏API的分析和设计

4.4 GUI模块层的设计与实现

4.4.1显示模块

4.4.2文字模块

4.4.3控制模块

4.5小结

第五章生物电疗仪软件系统设计

5.1 μC/OS-Ⅱ的深入分析

5.1.1 μC/OS-Ⅱ的体系结构[15]

5.1.2 μC/OS-Ⅱ的内核分析

5.1.3 μC/OS-Ⅱ的任务管理

5.1.4μC/OS-Ⅱ的任务间同步和通信

5.1.5 μC/OS-Ⅱ的中断管理机制

5.1.6 μC/OS-Ⅱ的内存管理

5.1.7 μC/OS-Ⅱ的时间管理

5.2 μC/OS-Ⅱ在ARM平台的移植

5.2.1移植概述[15]

5.2.2 μC/OS-Ⅱ在ARM7移植中的存在的问题

5.2.3移植的实现

5.3 μC/OS-Ⅱ的进一步改进

5.3.1 μC/OS-Ⅱ的定时系统中存在的问题

5.3.2对定时系统的改进

5.4生物电疗仪功能子程序设计

5.4.1 PWM波控制子程序设计

5.4.2 ADC子程序设计

5.4.3串行通信子程序设计

5.5生物电疗仪主界面管理软件的设计

5.5.1系统界面结构分析

5.5.2系统界面的具体实现

5.5.3系统界面实图

5.6基于μC/OS-Ⅱ的软件系统主程序设计

5.6.1系统任务划分

5.6.2系统任务的实现

5.6.3系统主程序流程

5.7 LPC2290的系统启动程序

5.8应用程序的固化

5.9上位机软件设计

5.9.1上位机串口通信程序编程

5.9.2信息显示程序设计

5.10小结

第六章生物电疗仪的系统调试

6.1系统的分模块调试

6.1.1液晶显示的调试

6.1.2触摸屏控制器的调试

6.1.3 PWM输出信号的调试

6.2软件系统调试的经验总结

6.3小结

第七章结论及展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

附录一生物电疗仪电路原理图

附录二开关电源电路原理图

附录三控制系统效果图