CN109188154A - 一种基于Raspberry Pi便携式低功耗双通路医用电生理设备检定仪 - Google Patents
一种基于Raspberry Pi便携式低功耗双通路医用电生理设备检定仪 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出了一种基于Raspberry Pi便携式低功耗双通路医用电生理设备检定仪，属于医用电生理设备技术领域。所述设备检定仪包括触摸屏、数字信号发生模块、信号调理模块、电源模块和无线通信模块；所述触摸屏的界面信号输出端与所述数字信号发生模块的界面信号输入端相连；所述数字信号发生模块的波形信号输出端与所述信号调理模块的波形信号输入端相连；所述信号调理模块的信号输出端即为所述基于Raspberry Pi便携式低功耗双通路医用电生理设备检定仪的信号输出端；所述数字信号发生模块的无线信号交互端与所述无线通信模块的无线数据信号交互端相连。所述检定仪降低噪声干扰，实现仪器设计的硬件功能软件化。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于Raspberry Pi便携式低功耗双通路医用电生理设备检定仪，属于医用电生理设备技术领域。
背景技术
在我国，随着人们物质生活水平的不断提高，心脑疾病的发病率逐年呈上升的趋势，因此社会、医生和患者对心脑疾病的诊断、监护和预防都提出了更高的要求。心电图机、心电监护仪、脑电图机是记录心脏、大脑活动所产生的生物电信号的仪器，是目前较好地对心、脑进行、动态监护、急救监护、医疗诊断和测量检测的仪器，它可以快速、准确地对心脑疾病做出诊断。心电图机、心电监护仪、脑电图机的使用量非常庞大，其准确与否至关重要，会直接影响到医生的诊断结果及病人的人身安全，所以应该通过严格的计量检定以保证其计量性能指标准确，使其能保持在安全、良好的状态下工作。
而国家加强医疗器械的监管，使得检定设备的检定工作量加大，而传统的检定设备体积大、不方便携带、操作不便捷、信噪比不高等不足，不能满足目前的市场需求。国外进口的检定仪能输出ECG、血压、呼吸、温度、心输出量等多种非电参数信号，但信号却相对固定，不适用于国内检定规程要求(例如不能检测噪声、极化电压等参数)，仅能用做医院对设备的调试工具，不适用于日常检定的专用设备。
发明内容
本发明为了解决传统的检定设备体积大、不方便携带、操作不便捷和信噪比不高的问题，提出了一种基于Raspberry Pi便携式低功耗双通路医用电生理设备检定仪，它采用raspberry Pi 3B作为主控芯片，多触摸电容性LCD触摸屏作为人机操作界面，且具有无线通信和大容量存储功能。检定仪的数字波形信号经Raspberry Pi***产生，并通过Maxim公司的芯片实现DA 转换和幅值调节，满足要求后，输入到被检设备中。软件开发基于Linux操作***，操作界面利用Qt平台设计。检定人员通过简单友好的操作界面选定检测设备类型和检测项目，并设定相关波形的相关参数，使得检定工作能够做到直观、便捷、简单、准确。在此基础上，检定仪采用Maxim公司的芯片，相较于传统的元件，具有体积小、功耗低、信噪比高、工作稳定、适应温度范围广泛等特点。同时，检定仪采用双通路设计，可以同时检定两台心电图机，提高了检定工作效率。所述一种基于Raspberry Pi便携式低功耗双通路医用电生理设备检定仪采取的方案具体如下：
一种基于Raspberry Pi便携式低功耗双通路医用电生理设备检定仪，所述设备检定仪包括触摸屏、数字信号发生模块、信号调理模块、电源模块和无线通信模块；所述触摸屏的界面信号输出端与所述数字信号发生模块的界面信号输入端相连；所述数字信号发生模块的波形信号输出端与所述信号调理模块的波形信号输入端相连；所述信号调理模块的信号输出端即为所述基于Raspberry Pi便携式低功耗双通路医用电生理设备检定仪的信号输出端；所述数字信号发生模块的无线信号交互端与所述无线通信模块的无线数据信号交互端相连；所述电源模块的供电端与所述触摸屏、数字信号发生模块和信号调理模块的电源信号输入端相连。
进一步地，所述触摸屏采用7英寸、分辨率为800*480的LCD电容性触摸屏。
进一步地，所述触摸屏呈现的人机交互界面包括：
用于各类被检测设备选择的第一级菜单模块；
用于检定项目选择及设置的第二级菜单模块；
用于对被检设备的导联选择、灵敏度设置和记录速度的检定步骤进行信息提示的提示栏模块。
进一步地，所述数字信号发生模块包括Raspberry Pi 3B主板和SD卡存储模块；所述 Raspberry Pi 3B主板的存储信号交互端与所述SD卡存储模块的存储信号交互端相连；所述 Raspberry Pi 3B主板的界面信号输入端即为所述数字信号发生模块的界面信号输入端；所述 Raspberry Pi 3B主板的波形信号输出端即为所述数字信号发生模块的波形信号输出端；所述 Raspberry Pi 3B主板的无线信号交互端即为所述数字信号发生模块的无线信号交互端。
进一步地，所述数字信号发生模块的计算相对误差的具体过程为：
在定标电压情况下，设置定标电压的标准器标称值Ucn，将屏幕上显示的电压值作为电压测量值Ucm，带入相对偏差计算公式中，获得相对偏差δUc。
进一步地，所述信号调理模块包括DA转换器和幅值调节器；所述DA转换器的波形信号输入端即为所述信号调理模块的波形信号输入端；所述DA转换器的信号输出端与所述幅值调节器的信号输入端相连；所述幅值调节器的信号输出端即为信号调理模块的信号输出端。
进一步地，所述电源模块包括大容量锂电池、充电器和电源转换电路；所述充电器采用智能式充电管理充电器；所述电源转换电路包括升压或降压DC-DC电源转换芯片。
本发明有益效果：
1.采用Raspberry Pi 3B作为主控芯片，软件基于Linux嵌入式操作***开发，操作界面利用Qt平台设计，运行速度快，界面直观友好，且便于后期维护、扩展和升级。同时，界面设有提示栏，可对被检设备的导联选择、灵敏度设置、记录速度等检定步骤进行相关提示，方便检定人员操作，不必再通过纸质规程进行各检定项目的查看。
2.检定仪包括有相对误差计算程序，可记录每个检定项目的检定参数和标称值，可以直接计算出定标电压、电压测量、时间间隔、时标、幅频特性、耐极化电压、噪声、灵敏度、记录速度等各检定项目参数的相对误差，相对误差检定结果更准确。
3.检定仪的信号发生器采用软件算法替代DDS芯片，在保证电路性能的前提下，采用了更加合理和精简的电路结构，降低了噪声干扰，实现了仪器设计的硬件功能软件化。采用总线控制的多路模拟开关切换衰减器等其他功能电路，保证了较高的精度和较低的干扰。
4.本检定仪采用高集成度、低功耗芯片，信号调理模块功率消耗小于1W，整机基本实现了6W以内的峰值功耗，且电路板面积小于25cm2，整机体积小于22*15*6cmm3，保证了检定设备的低功耗、便携等特性。
5.本检定仪采用双通路设计，可同时检定两台设备，缩短了检定时间，提高了工作效率。
6.本检定仪可用于现场检定心电图机、数字心电图机、动态心电图机、心电监护仪、脑电图机、脑电地形图仪等仪器。
附图说明
图1为本发明所述检定仪组成结构。
图2为本发明所述电源模块结构。
图3为本发明所述检定仪的工作流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不受实施例的限制。
实施例1：
一种基于Raspberry Pi便携式低功耗双通路医用电生理设备检定仪，如图1所示，所述设备检定仪包括触摸屏、数字信号发生模块、信号调理模块、电源模块和无线通信模块；所述触摸屏的界面信号输出端与所述数字信号发生模块的界面信号输入端相连；所述数字信号发生模块的波形信号输出端与所述信号调理模块的波形信号输入端相连；所述信号调理模块的信号输出端即为所述基于Raspberry Pi便携式低功耗双通路医用电生理设备检定仪的信号输出端；所述数字信号发生模块的无线信号交互端与所述无线通信模块的无线数据信号交互端相连；所述电源模块的供电端与所述触摸屏、数字信号发生模块和信号调理模块的电源信号输入端相连。
其中，所述触摸屏采用7英寸、分辨率为800*480的LCD电容性触摸屏。所述触摸屏呈现的人机交互界面包括：
用于各类被检测设备选择的第一级菜单模块；
用于检定项目选择及设置的第二级菜单模块；
用于对被检设备的导联选择、灵敏度设置和记录速度的检定步骤进行信息提示的提示栏模块。
所述人机交互界面的界面内容利用Qt进行开发，方便后期维护、扩展和升级。所述人机交互界面以Raspberry Pi 3B主板为核心，以LEC触摸屏为载体，操作输入和显示均通过所述人机交互界面来实现。人机界面把各类被检设备选择作为第一级菜单；具体检定项目的选择及设置作为第二级菜单。实施检定时可根据需要，通过点击按钮选择检定项目以及设置检定项目的波形信号的幅值、频率。界面设有提示栏，可对被检设备的导联选择、灵敏度设置、记录速度等检定步骤进行相关提示，解放检定人员，不必再通过纸质规程进行各检定项目的查看。
所述数字信号发生模块包括Raspberry Pi 3B主板和SD卡存储模块；所述Raspberry Pi 3B 主板的存储信号交互端与所述SD卡存储模块的存储信号交互端相连；所述Raspberry Pi 3B主板的界面信号输入端即为所述数字信号发生模块的界面信号输入端；所述Raspberry Pi 3B主板的波形信号输出端即为所述数字信号发生模块的波形信号输出端；所述Raspberry Pi 3B主板的无线信号交互端即为所述数字信号发生模块的无线信号交互端。其中，所述数字信号发生模块采用Raspberry Pi 3B作为主控芯片，检定人员选定被检设备类型、检测项目和输出波形的相关参数，由主板产生数字信号，通过引脚传输至信号调制模块。所述Raspberry Pi 3B连接SD 卡存储模块，用以实现无线通信和大容量数据存储。所述数字信号发生模块在检定仪中最主要的作用就是作为信号发生器，数字波形由软件算法产生，具体输出正弦波、方波、标准心率信号源等波形，再通过引脚将信号传输到信号调理模块，具体的检定项目可根据规程进行选择和设定。
所述数字信号发生模块的计算相对误差的具体过程为：
在定标电压情况下，设置定标电压的标准器标称值Ucn，将屏幕上显示的电压值作为电压测量值Ucm，带入相对偏差计算公式中，获得相对偏差δUc。
所述信号调理模块包括DA转换器和幅值调节器；所述DA转换器的波形信号输入端即为所述信号调理模块的波形信号输入端；所述DA转换器的信号输出端与所述幅值调节器的信号输入端相连；所述幅值调节器的信号输出端即为信号调理模块的信号输出端。所述信号调理模块将信号发生器输出的数字信号转换为模拟信号，并通过电阻网络将信号的幅值调节达到指标要求后，传输到输出端子，信号经由输出端子分为双通路，分别输出至被检设备中。由于波形信号的输出范围为2μA-28.3V，范围较广，本***采用分档输出，通过多路复用器进行选择。本实施例中所述信号调理模块采用MAX531芯片，通过设定VSS，将原本的单极性信号的DAC转换为输出为±2.048V的双极性信号，再通过阻抗网络，将伏级信号调节为毫伏级。且该模块采用高集成度、低功耗芯片，功率消耗小于1W，整机基本实现了6W以内的峰值功耗，电路板面积小于25cm2，整机体积小于22*15*6cmm3。
所述电源模块包括大容量锂电池、充电器和电源转换电路；如图2所示，所述充电器采用智能式充电管理充电器；所述电源转换电路包括升压或降压DC-DC电源转换芯片。大容量锂电池能满足仪表在不插电情况下长时间连续工作的需要。充电器采用智能式充电管理，充电电流根据电池电压自动调节，同时具有温度保护及过流保护功能。电源转换电路由升压\降压 DC-DC电源转换芯片及相关元器件构成，用于把电池电压转换为***各模块所需的电源电压。
检定仪的工作流程是：开机后通过触摸屏选择检定项目，设定项目的波形参数，复用器根据要求自动分配相应的功能模块，Raspberry Pi接收设定信息后，将数字波形信号输入到信号调制模块中，在信号调节模块中，数字信号经DA转换和幅值调节，使输出信号的幅度达到指标要求，通过导联电极输出。
所述检定仪配置有无线通信模块，通过所述无线通信模块以无线方式将检定数据存储或发送至电脑，或传输其他文件。同时，Raspberry Pi 3B主板上配备的SD存储卡实现了大数据量的存储。
程序由多个相对独立的任务单元组成，每个任务有自己的优先级，在操作***的调度下运行。程序流程如图3所示。且程序包含相对误差计算程序，可以记录每个检定项目的检定参数，可以直接计算出定标电压、电压测量、时间间隔等检定项目参数的相对误差。
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (7)
1.一种基于Raspberry Pi便携式低功耗双通路医用电生理设备检定仪，其特征在于，所述设备检定仪包括触摸屏、数字信号发生模块、信号调理模块、电源模块和无线通信模块；所述触摸屏的界面信号输出端与所述数字信号发生模块的界面信号输入端相连；所述数字信号发生模块的波形信号输出端与所述信号调理模块的波形信号输入端相连；所述信号调理模块的信号输出端即为所述基于Raspberry Pi便携式低功耗双通路医用电生理设备检定仪的信号输出端；所述数字信号发生模块的无线信号交互端与所述无线通信模块的无线数据信号交互端相连；所述电源模块的供电端与所述触摸屏、数字信号发生模块和信号调理模块的电源信号输入端相连。
2.根据权利要求1所述基于Raspberry Pi便携式低功耗双通路医用电生理设备检定仪，其特征在于，所述触摸屏采用7英寸、分辨率为800*480的LCD电容性触摸屏。
3.根据权利要求1或2所述基于Raspberry Pi便携式低功耗双通路医用电生理设备检定仪，其特征在于，所述触摸屏呈现的人机交互界面包括：
用于各类被检测设备选择的第一级菜单模块；
用于检定项目选择及设置的第二级菜单模块；
用于对被检设备的导联选择、灵敏度设置和记录速度的检定步骤进行信息提示的提示栏模块。
4.根据权利要求1所述基于Raspberry Pi便携式低功耗双通路医用电生理设备检定仪，其特征在于，所述数字信号发生模块包括Raspberry Pi 3B主板和SD卡存储模块；所述Raspberry Pi 3B主板的存储信号交互端与所述SD卡存储模块的存储信号交互端相连；所述Raspberry Pi 3B主板的界面信号输入端即为所述数字信号发生模块的界面信号输入端；所述Raspberry Pi 3B主板的波形信号输出端即为所述数字信号发生模块的波形信号输出端；所述Raspberry Pi 3B主板的无线信号交互端即为所述数字信号发生模块的无线信号交互端。
5.根据权利要求1所述基于Raspberry Pi便携式低功耗双通路医用电生理设备检定仪，其特征在于，所述数字信号发生模块的计算相对误差的具体过程为：
在定标电压情况下，设置定标电压的标准器标称值Ucn，将屏幕上显示的电压值作为电压测量值Ucm，带入相对偏差计算公式中，获得相对偏差δUc。
6.根据权利要求1所述基于Raspberry Pi便携式低功耗双通路医用电生理设备检定仪，其特征在于，所述信号调理模块包括DA转换器和幅值调节器；所述DA转换器的波形信号输入端即为所述信号调理模块的波形信号输入端；所述DA转换器的信号输出端与所述幅值调节器的信号输入端相连；所述幅值调节器的信号输出端即为信号调理模块的信号输出端。
7.根据权利要求1所述基于Raspberry Pi便携式低功耗双通路医用电生理设备检定仪，其特征在于，所述电源模块包括大容量锂电池、充电器和电源转换电路；所述充电器采用智能式充电管理充电器；所述电源转换电路包括升压或降压DC-DC电源转换芯片。
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