基于SOPC的多生理信号监护系统的设计

发布时间：2017-05-29 15:07

  本文关键词：基于SOPC的多生理信号监护系统的设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着社会的发展，科技的进步，人们的生活水平逐渐提高，生活节奏也随之加快，各种潜在的诱发人类疾病的因素不容易被发现，从而导致像动脉粥样硬化、心血管疾病等的发病率迅速上升。好在人们的自我保健意识、健康观念也日渐增强，希望医疗服务能够具有实时性、便捷性、智能化等优点。因此，近年来便携式家庭医疗监护设备大量面世，这些检测设备能够实时监测人体生理信号，可以对人体的健康状况做出初步的判断，这样一方面能够提醒人们对自己的身体状况做出相应调整以便预防某些疾病的发生，另一方面可以及早的发现相关疾病以便及时治疗，从而大大提高了人们的健康水平。 本系统为了顺应上述时代需求和我国医疗改革的浪潮，提出了一种结合现代多种学科技术为一体的多生理信号监护系统，其主要内容是基于SOPC（System on ProgrammableChip）片上可编程系统，以Altera公司低成本Cyclone Ⅱ系列的EP2C35F672C6芯片为核心构建了硬件系统平台，以嵌入式软核Nios Ⅱ作为系统核心处理器。该系统由系统硬件平台、SOPC平台和软件平台三部分组成。系统硬件平台包括多生理信号调理模块、SOPC系统电路以及A/D转换电路。多生理信号调理模块实现了对传感器采集到的原始生理信号的放大、滤波等处理。SOPC系统电路由FPGA（Field Programmable Gate Array）、SRAM/SDRAM、SD卡和液晶显示屏等器件组成。A/D转换电路是将调理模块处理过的生理信号进行模拟信号到数字信号的转换，并把转换后的数字信号传送给FPGA实时处理。SOPC平台包括了Nios Ⅱ处理器内核的各种配置和相关的外围电路。软件平台主要是在Nios Ⅱ IDE上进行开发，设计控制系统的主程序，协调控制各个模块。各生理信号的显示采用400x240的TFT液晶屏，友好的人机交互显示界面并提供不同的模式切换功能，实时显示各种生理信号波形；各生理信号采用容量大、成本低、易携带的SD卡来存储，保存的数据供进一步研究分析使用。 本系统充分利用了FPGA并行数据处理的优点来实现多路生理数据的处理分析，以Nios Ⅱ处理器为控制核心，使外围接口电路大大得到简化，减小了体积，而且功耗低、实时性好，，提高了系统的可靠性和稳定性，并且有利于系统的扩展和升级。实验表明，该系统整体设计基本达到了预期目的，采集到的各种生理信号都比较准确、稳定，SOPC系统运行正常。系统能够实现对各种生理信号的实时采集、监护、存储以及发送数据等功能，使用者能够很方便的通过该监护系统对自身的健康状况进行实时的监护和自我分析。
【关键词】：多生理信号 FPGA SOPC Nios Ⅱ
【学位授予单位】：中南民族大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R318.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-13
• 1.1 课题研究的背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11
• 1.3 本文研究的内容及主要工作11-13
• 第二章 SOPC 技术及系统总体方案13-23
• 2.1 SOPC 技术概述13-16
• 2.2 NIOS Ⅱ 软核处理器介绍16-17
• 2.2.1 NIOS Ⅱ 软核处理器简介16-17
• 2.2.2 NIOS Ⅱ 处理器外围设备17
• 2.3 Avalon 总线概述17-18
• 2.4 多生理信号监护系统的目的及功能18-19
• 2.5 系统总体方案19-23
• 2.5.1 系统设计原则19-20
• 2.5.2 系统设计要求20-21
• 2.5.3 系统结构框架21-23
• 第三章 系统硬件设计23-34
• 3.1 核心处理器 EP2C35F672C6、部分外围电路及接口电路23-27
• 3.1.1 核心处理器 EP2C35F672C623
• 3.1.2 电源、时钟、USB 传输电路、SRAM/SDRAM、LTM 液晶接口电路23-27
• 3.2 心电信号采集电路设计27-29
• 3.2.1 前置放大电路设计27-28
• 3.2.2 滤波电路、二次放大电路、电平抬升等电路设计28-29
• 3.3 脉搏信号采集电路设计29-31
• 3.3.1 脉搏传感器的选择29-30
• 3.3.2 脉搏采集电路设计30-31
• 3.4 血氧饱和度模块的应用31-32
• 3.5 A/D 转换电路32-34
• 第四章 系统软件设计34-46
• 4.1 Nios Ⅱ 软件开发环境34-35
• 4.1.1 Nios Ⅱ 处理器集成开发环境34
• 4.1.2 HAL 系统库34-35
• 4.2 Nios Ⅱ 处理器控制软件程序的设计35-44
• 4.2.1 系统的主程序设计35-36
• 4.2.2 中断服务子程序设计36-38
• 4.2.3 生理信号的 A/D 转换流程38-39
• 4.2.4 其它相关程序的设计39-44
• 4.2.4.1 LTM 液晶屏波形绘制及触摸控制流程39-43
• 4.2.4.2 心电、脉搏等生理信号的监护流程43-44
• 4.3 上位机软件设计44-46
• 4.3.1 USB 接口实现44
• 4.3.2 上位机应用程序44-46
• 第五章 系统部分测试结果与分析46-49
• 第六章 总结与展望49-50
• 参考文献50-52
• 致谢52-53
• 附录 A：攻读学位期间所发表的学术论文目录53-54
• 附录 B：系统部分程序54-55

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 ;Altera公司第二代软核嵌入式处理器NiosII[J];单片机与嵌入式系统应用;2004年07期

2 李秀娟;刘宪伟;赵建平;王玉德;;基于Nios Ⅱ的SOPC系统开发与应用[J];电子技术;2007年03期

3 董莎莉;;家庭医疗器械产品人性化需求的探讨[J];广西轻工业;2008年12期

4 陈平,陈彦;实时监护系统的设计与实现[J];计算机工程与应用;2005年18期

5 王峻峰 ,罗闻 ,史铁林;MAX186与DSP的SPI接口及设计[J];微计算机信息;2005年22期

6 黄桃;徐钦;;脉搏血氧饱和度监测过程中影响因素的分析[J];医疗卫生装备;2011年04期

7 黄佳玮;陈福深;;基于NiosⅡ的SOPC嵌入式系统设计[J];电子元器件应用;2009年07期

  本文关键词：基于SOPC的多生理信号监护系统的设计，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：405118