基于LPC2478的嵌入式智能胰島素泵的設(shè)計(jì)

    2013-10-12 16:57 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng) 作者:洛小辰

    概述

    當(dāng)前全球范圍內(nèi),每10秒鐘就有一個(gè)糖尿病患者因并發(fā)癥死亡,在同一個(gè)10秒鐘內(nèi),又會(huì)新增兩例糖尿病患者;受糖尿病影響的人口總數(shù)約為2.46億,預(yù)計(jì)在未來(lái)20年內(nèi)糖尿病患者的數(shù)量會(huì)上升至3.8億。糖尿病是一種終身代謝性疾病,若能得到有效控制,患者可以終生帶病而不影響工作和生活;若控制不當(dāng),會(huì)導(dǎo)致心血管疾病、血脂異常、失明、腎功能衰竭及截肢等嚴(yán)重并發(fā)癥。

    現(xiàn)有的胰島素泵往往只可以注入胰島素,而缺乏對(duì)患者體內(nèi)血糖的監(jiān)測(cè)能力,是一個(gè)“半開(kāi)環(huán)”系統(tǒng)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人們生活水平的提高,患者對(duì)醫(yī)療儀器的需求正不斷增長(zhǎng),對(duì)其性能需求也不斷提高。因此,我們有必要設(shè)計(jì)一種基于嵌入式系統(tǒng)的智能胰島素泵,具有注射和監(jiān)測(cè)兩種功能,實(shí)現(xiàn)真正的“閉環(huán)”控制,把糖尿病對(duì)患者生活帶來(lái)的不便降到最低。并且其體積小巧、價(jià)格低廉、能滿(mǎn)足廣大糖尿病患者的健康需要,因此智能胰島素泵的研制具有廣闊的應(yīng)用及市場(chǎng)前景。

    系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

    嵌入式智能胰島素泵主要包含主處理器、電源及復(fù)位、LCD觸摸屏、泵驅(qū)動(dòng)模塊和信號(hào)采集模塊。借助了高度集成的LPC2478微控制器,芯片內(nèi)部集成了USB控制器、以太網(wǎng)接口、PWM、ADC以及方便的LCD顯示接口。其中USB用來(lái)傳輸數(shù)據(jù),ADC用來(lái)采集血糖信號(hào),PWM功能用于驅(qū)動(dòng)泵的工作,LCD接口提供人機(jī)交互顯示部分,以太網(wǎng)接口將提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能。

    由于目前的胰島素泵僅僅作為輸入胰島素的裝置,不能自動(dòng)感知使用者體內(nèi)血糖濃度,也不能自動(dòng)將血糖控制到正常。因此本次設(shè)計(jì)在胰島素泵原有功能基礎(chǔ)上,加入血糖監(jiān)測(cè)功能,間隔一定時(shí)間對(duì)血糖值進(jìn)行采集,通過(guò)比對(duì)即時(shí)調(diào)整臨時(shí)注射量。通過(guò)LCD觸摸屏可以方便查詢(xún)血糖值和歷史注射記錄。USB和以太網(wǎng)可以與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給醫(yī)生。醫(yī)生通過(guò)血糖圖來(lái)制定相應(yīng)的治療方案,并依據(jù)治療方案可重新設(shè)定胰島素的注入量。采用友好的人機(jī)交互界面,為糖尿病患者帶來(lái)極大方便,幫助患者擺脫生活不便的苦惱。

    本系統(tǒng)在胰島素泵原有功能基礎(chǔ)上,加入血糖監(jiān)測(cè)功能,真正起到人工胰的功能。將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)繪制成血糖圖,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給醫(yī)生,以便醫(yī)生制定相應(yīng)的治療方案,最終實(shí)現(xiàn)個(gè)人—儀器—醫(yī)療機(jī)構(gòu)一體化的治療。

    硬件平臺(tái)采用自己繪制的PCB板,包括微控制器模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、LCD顯示模塊、信號(hào)采集放大電路、USB接口模塊和以太網(wǎng)接口模塊六部分,硬件原理圖如圖1所示。

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    微處理模塊

    微處理模塊采用以ARM7 TDMI-S為內(nèi)核的LPC2478芯片。其運(yùn)行電壓范圍是3.3V~3.5V ,具有512kB片內(nèi)高速Flash存儲(chǔ)器、1個(gè)外部存儲(chǔ)器控制器(EMC)、1個(gè)LCD控制器、1個(gè)10/100的以太網(wǎng)媒體訪問(wèn)控制器(MAC)、1個(gè)USB全速Device/Host/OTG控制器、1個(gè)10位的ADC和1個(gè)PWM單元等片內(nèi)資源。

    LCD顯示模塊

    由于LCD控制器集成在LPC2478微控制器,所以簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì),降低了開(kāi)發(fā)難度,提供了低成本、低功耗和高效的LCD顯示的解決方案。LCD接口電路如圖2所示,基于ADS7843的4線觸摸屏接口電路如圖3所示。

    電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

    微型泵驅(qū)動(dòng)電路采用ROHM的H橋式驅(qū)動(dòng)器,其低壓、方便的PWM信號(hào)(20kHz~100kHz)輸入對(duì)電機(jī)進(jìn)行速度控制,為系統(tǒng)提供了高效率和低功耗的解決方案。電路如圖4所示。

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    嵌入式 醫(yī)療電子 LPC2478

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