基于ARMS3C2410的便攜式脈象儀

郭海坤 程諾 孫大勇

摘要：我們致力于設計并研發一款便攜式智能中醫脈象健康監測設備，以解決現代快節奏中的健康問題。本設備是一款基于ARM的便攜式智能監測設備，硬件部分的核心是S3C2410處理器。該微控制芯片內部包含了定時器部件（RTC）和A/D轉換部件，脈象信號由脈象傳感器采集，正常的脈象波信號是一種微弱的電壓信號，因此脈象波信號采集電路中設計了放大電路、濾波電路等，以便脈象波信號幅值符合要求，經A/D轉換部件變成數字信號輸入微控制器并通過以太網端口輸出，系統采用基于因特網的接入方式，TCP/IP協議棧使得嵌入式系統可以通過Internet將通信距離無限擴展，以長距離監控自身身體狀況。

關鍵詞：便攜式;脈象;S3C2410處理器

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）09-0213-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 引言

1.1中醫脈象研究的意義

脈診作為中醫最獨特的診療方法有著相當古遠的歷史源頭，是我國中醫幾千年來經驗的結晶，經歷代醫學家的反復醫療實踐與不斷總結，已使其發展成為一門診療科學-脈象學[1]。脈診古有遍診法、三部診法和寸口法，并依脈的位、數、律、行、勢，在歸納總結之后分為28種脈象[2]。

隨著生活水平的不斷提高，自身的身體健康越來越受到人們的關注。人們對疾病防范監控意識不斷增強，非介入性的診斷方式飛速發展[3]。脈診因其豐富的中醫內涵和深厚的理論基礎脫穎而出，因此，如何運用現代的科學技術和方法，客觀、準確地將提取出來的脈搏信號進行相應的定性診斷，對中醫脈診學的弘揚，具有非常重要的現實意義。自20世紀50年代以來脈診客觀化研究已取得一定希望，近年來新型傳感產品、新數據分析方法不斷出現，所以，將傳統的中醫弘揚光大，必須與現代信息技術結合，實現更確切、真實的診斷結果。

1.2脈象儀國內外研究現狀

醫療器械技術不斷突破以及"互聯網+"向醫療器械領域的深層次滲透，信息技術融入醫療設備領域，進一步激活了便攜式醫療器械市場，使其成為整個醫療器械市場中發展最為突出的領域之一。從市場發展角度分析，我國便攜式醫療器械尚處于快速發展期間，其占總體醫療器械市場規模的比重不斷提升，而且隨著未來便攜式醫療器械技術的不斷發展成熟，此領域愈發凸顯出良好的市場前景。其中家用型可穿戴醫療器械將成為未來市場應用最大的主體部分。

相對于國內的相關領域發展，國外關于這方面關注度相對較高，滲入的也略早。例如美國，市場的調研報告顯示有21%的消費者擁有便攜式設備，其中的便攜式醫療器械無疑是需求最確定、市場潛力最大的應用。除此之外，英國、法國、愛爾蘭、日本、韓國、阿根廷等國家也在如火如荼地進行相關研究與開發。但中醫是中華傳統醫學智慧的結晶，國內研究和開發的空間遠大于國外，這也是與中醫相關的便攜式設備發展熾熱的原因。

2 研究方案

2.1 研究目標

我們致力于設計并研發一款便攜式智能中醫脈象健康監測設備，以解決現代快節奏中的健康問題。我們的該智能終端產品主要以人體脈象監測為主，收集用戶的脈象信息并上傳于專門的信息庫中，通過互聯網通信模塊，訪問已建立的脈象數據庫，借用大數據分析，幫助病人以及亞健康人群了解自身脈象狀況，并提供可能性分析，通過后臺的精密運算，給出精確的符合用戶個人身體狀況的安全合理的中醫理療建議;

同時也可用于遠程醫療的智能輔助設備，實現中醫師遠程分析患者脈象的可能性，縮短與健康生活的距離，實時監測用戶脈象健康狀況，并予以及時提醒，通過各項數據使用戶對自己的身體健康了如指掌。

2.2 工作原理

本設備是一款基于ARM的便攜式智能監測設備，硬件部分的核心是S3C2410處理器。該微控制芯片內部包含了定時器部件（RTC）和A/D轉換部件，脈象信號由脈象傳感器采集，正常的脈象波信號是一種微弱的電壓信號，因此脈象波信號采集電路中設計了放大電路丶濾波電路等，以便脈象波信號幅值符合要求，經A/D轉換部件變成數字信號輸入微控制器并通過以太網端口輸出，系統采用基于因特網的接入方式，TCP/IP協議棧使得嵌入式系統可以通過Internet將通信距離無限擴展，以長距離監控自身身體狀況。

3 嵌入式系統組成及基本結構

3.1 S3C2410處理器

S3C2410處理器是基于ARM920T處理器核，采用FBGA封裝，采用0.18um制造工藝的32位微控制器。結構如下圖：

3.2系統需求

便攜式中醫智能脈象診斷器可用來實時記錄使用者的脈象波形，并可以通過顯示回放所記錄的脈象波形和給出脈象所對應的身體狀況。即：脈象數據由傳感器采集后變成數字信號，然后存儲在存儲器中，并通過顯示器回饋相應的信息，可以給使用者和醫生提供相應的治療依據。

3.3系統硬件結構

①中醫智能脈象診斷器硬件部分的核心是S3C2410處理器。該微控制芯片內部包含了定時器部件（RTC）和A/D轉換部件，脈象信號由脈象傳感器采集，經A/D轉換部件變成數字信號輸入微控制器并通過以太網端口輸出。

②鍵盤是用戶通過它輸入選擇信息（如姓名賬號丶年齡丶體重丶身高等）。顯示器和顯示控制器作為系統的輸出部分，用來輸出使用者的脈象及身體狀況。

③電池電量檢測和鍵盤通過I/O接口與微控制器連接。RTC作為系統內部的計時部件，為系統提供時間和計時服務。

④系統采用基于因特網的接入方式，可實現S3C2410連接。

3.4系統軟件結構

由于功能要求中需要進行脈象波形的顯示及脈象樣本數據的壓縮和保存，所以，為了使應用軟件開發便捷，減少軟件開發的工作量，構建一個嵌入式操作系統（目前暫定uC/OS-Ⅱ），然后在此平臺上設計其他功能的應用程序。

3.5 構成設計及集成

①脈象波采集電路

正常的脈象波信號是一種微弱的電壓信號，因此脈象波信號采集電路中，在A/D轉換電路之前需要設計放大電路丶濾波電路等，以便在連接到A/D轉換器輸入引腳上的脈象波信號幅值符合要求。放大電路采用兩級放大，第一級放大電路核心芯片選用AD620。放大后的信號首先通過一級高通濾波器濾去直流分量，再經過一個二階有源低通濾波器，完成濾波功能。

②鍵盤接口電路

該鍵盤設計成3*4的鍵盤陣列，由12個按鍵組成。

4 結束語

中醫中脈象具有巨大的研究價值，對于中醫的弘揚有巨大的作用。便攜式脈象儀其應用對象廣泛，根據職業可分為醫生類和非醫生類。對于醫師，該設備可提高診斷準確率，減少就診時間，方便尋找病因。對于家用，該設備便攜，適用于各類年齡段人群，提供脈象相關數據，讓使用者了解身體健康狀況，適時調整飲食、睡眠等生活方式。本設備還并不完善，只完成了采集的工作，后續的分析工作還需繼續進行。

參考文獻：

[1] 黃世林，孫明異.中醫脈象研究[M].人民衛生出版，1986.

[2] 朱翠玲.現代生物醫學工程[M].北京：中國科學技術出版社，1992.

[3] 莊澤澄.中醫診斷學[M].北京：科學出版社，1992.

【通聯編輯：光文玲】