基于TMS320F2810处理器的红外脉搏数据采集系统的设

基于TMS320F2810处理器的红外脉搏数据采集系统的设计

 

　　本文采用TMS320F2810型红外脉搏传感器获取人体指尖脉搏波信号，并基于Cortex-M3内核的微控制器进行数据采集、分析与传输工作，可实现对患者的长时间实时监护，利用上位机将存储数据提交到专业医疗机构做进一步的分析和诊断。

 系统整体硬件设计

　　数据采集系统使用了TMS320F2810型红外传感器将脉搏波信号转换为模拟信号，通过内部ADC转换模块转换为数字信号，由处理器完成对波形的特征提取与识别任务;采用DMA直接存取技术，不占用微控制器内核工作时间，直接将转换数据通过USB总线方式传送至PC机，由上位机软件实现数据的波形还原、分析等工作。系统整体硬件结构见图1。图中，虚线框内的ADC转换模块、DMA传输模块和USB接口模块是基于处理器内部资源完成的，既减小了设计开发难度，也节约了硬件成本。

 

　　系统中，处理器所承担的工作任务较为繁重，既要实时的完成对前级输入信号的数字化转换，同时还要对脉搏波形数据进行波形特征提取与识别，将转换的脉搏波形数据以及波形特征提取、识别结果通过USB接口上传至PC机系统。而系统所采用的STM32F103VET6芯片是一款基于Cortex-M3内核的32位处理器。该芯片内部资源丰富，集成USB、I2C和CAN等多种接口模块，以及12位精度的AD转换器和DMA控制器等功能模块，运行速度快，最大时钟频率可达72MHz，而且功耗低，非常适合于本系统中。

 

　　TMS320F2810红外脉搏传感器输出信号幅值在0.2V～1V范围内，噪声纹波大。考虑到脉搏仪输出波形频率参数在0.8Hz～8Hz之间，包含了高频噪声，由于该传感器的输出的有效信号频率范围极小，需要设计一种拥有更敏锐截止频率的高品质滤波器，实现对噪声信号的滤除。

　　比较巴特沃斯、贝赛尔及切比雪夫低通滤波器的幅频、相频特性，可以得出，巴特沃斯滤波器有着最为平坦的通带幅值响应，但高于截止频率的衰减度略小，相位线性度略差;贝赛尔滤波器的相位特性最好，但高于截止频率的衰减度最小，且通带幅值响应较差;而切比雪夫滤波器在高于截止频率时有着最大的衰减度，但相位线性度最差，且在通带范围内会发生谐振现象。由于脉搏波滤波电路要求良好的相位线性特征，同时要求幅度响应的平坦度要好，这两方面的参数要求使得巴特沃斯滤波器成为一个最佳的选择。

 

　　设计了一款4阶有源正反馈巴特沃斯抗混叠滤波器，截止频率设定为15Hz，用来滤除源信号以外的干扰信号;运算放大器选用TI公司的LF353N型芯片，该款芯片自身具备内部电压补偿、宽增益带宽、高转换率、微功耗、高阻抗以及高响应速度等优势，完全满足本设计中信号调理电路的要求。

 

　　直接存储器存取用来提供在外设和存储器之间或者存储器和存储器之间的高速数据传输。本设计使用DMA1的通道1进行数据传输，配置为最高优先级循环传输模式。无须CPU干预，数据可以通过DMA快速地移动，节省了CPU的资源来完成对脉搏波形数据进行波形特征提取与识别操作。