医学仪器嵌入式应用课件

第八章医学仪器嵌入式应用8.1嵌入式医学仪器设计概述嵌入式医学仪器应视为一个数据采集与信息处理系统，其设计应遵循数据采集与信息处理系统的原则，它的技术路线与方案如下所示：1.安全可靠医学检测系统中的控制计算机不同于一般的用于科学计算或管理的计算机，它所担当控制重任不允许它发生异常现象。因此，在设计过程中，要把安全可靠放在首位。从上述观点出发首先要选用高性能的控制计算机，其次还常设计后备装置，对于特殊的控制对象还得设计成双机系统。2.操作维护方便操作方便表现在操作简单、直观形象、便于掌握，并不强求操作人员要掌握计算机知识才能操作。因而本系统操作显示界面应遵循上述原则进行设计。3.实时性强医学检测仪器系统的实时性，表现在对内部和外部事件能及时地响应，并做出相应的处理，不丢失信息，不延误操作。5.经济效益高计算机控制应该带来高的经济效益，系统设计时要考虑性能价格比，要有市场竞争意识。经济效益表现在两个方面，一是系统设计的性能价格比要尽可能的高；二是投入产出比要尽可能的低。8.2嵌入式数据采集系统组成数据采集系统(图8-1)由多路开关、采样/保持器、放大器、A/D转换器、计算机等组成。数据采集要经过采样和量化两个步骤。采样过程由多路开关、采样/保持器完成(如信号变化很慢，也可以不用采样/保持器)。多路开关将各路信号轮流切换到输入端。A/D转换器将采样信号量化，将转换成的数字量输入到计算机中。放大器、滤波器可根据被测信号的大小、频谱分布及干扰的强弱选用。传感器传感器传感器多路开关放大器计算机A/D转换器采样/保持器图8.1数据采集系统组成需求分析：

需求分析的基本任务是软件开发人员与用户一起完全弄清用户对系统的确切要求。目的是确定目标系统的运行环境与性能要求以及系统功能。2面向对象系统软件概要设计

通过以上系统基本功能的确定与需求分析后，我们就可以进一步进行程序设计，以确立系统的对象模型、动态模型、功能模型。对象模型是三个模型中最关键的一个模型，它表示静态的、结构化的系统的“数据”性质。描述了系统的静态结构。建立对象模型首先确定对象、类，然后分析对象的类及其相互关系对象：是系统中用来描述客观事物的一个实体，是构成系统的一个基本单位，由一组属性和对这组属性进行操作的一组服务构成。类：是具有相同属性和服务的一组对象的集合。类为属于它的全部对象提供了统一的抽象描述（属性和服务）动态模型

：描述对象和关系的状态、状态转换的触发事件以及对象的服务(行为）。即描述对象和关系的生成周期。状态:对象在其生成周期中的某个特定阶段所具有的行为模式。事件：事件是引起对象状态转换的控制信息。服务：也称为行为，对象在某种状态下所发生的一系列处理操作。建立动态模型过程：编写脚本（用例）提取事件顺序图状态转换图系统软件设计思路图8.2设计思路图８.４嵌入式开发环境的建立

(以嵌入式ｌｉｎｕｘ操作系统为例)１.安装虚拟机和Linux操作系统

基于Linux操作系统的嵌入式系统开发环境可在宿主机上安装Linux操作系统。在开发过程中计算机可安装了虚拟机VMware,并在这基础上安装了Linux操作系统Ubuntu。

在VMware上安装Linux操作系统Ubuntu有几个好处。安装完成并启动Ubuntu后，鼠标即可在windows系统和Ubuntu系统之间自由切换。windows系统和Ubuntu系统之间还可以使用复制、粘贴数据的功能可以通过建立共享文件夹的方式，方便两个操作系统间传送数据、文件。建立nfs服务器:

安装nfs服务器程序、配置服务器端、测试服务器３.

QT图形界面开发环境的建立安装交叉编译环境

下载、解压交叉编译器，修改环境变量；把交叉编译器的路径加入到PATH；检查是否将路径加入到PATH

；测试是否安装成功。QT/Embedded安装移植

下载QT/Embedded源码包（如有触摸屏则还需下载tslib1.4.tar.gz）、配置ubuntu编译环境、编译及安装qt-x11-opensource-src-*（作用：产生Qt开发工具，如designer、qvfb，嵌入式的开发有了qvfb，就可以不需要实际的开发板，也可以调试Qt应用程序）、编译配置QtEmbedded-4.5.3-x86（或-xａｒｍ）版本、编译安装tslib1.4（如有触摸屏）在宿主机上建立NFS启动根文件系统，把编译好的库文件复制到相关目录下。８.４实例:基于嵌入式技术的便携式心电监护仪软件系统设计1.系统硬件总体结构

图8.3硬件结构框图

ST段幅值报警，当ST段幅值超出某个范围值时，亮报警灯或鸣报警声报警设置，可以分别设置心率和ST段的正常范围冻结，心电信号停止动态显示，能前后查看显示实时时间去除50Hz工频干扰可选择采样频率，可选择显示放大倍数B）系统软件概要设计设计对象模型画出用例图图8.4心电监护用例图细化用例（说明用例）Usecase:采集心电信号ID:1Briefdescription:采集心电信号，保存至缓冲区Primaryactors:UserPreconditions:启动硬件设备，连接好心电导联Mainflows:用户点击“开始”按钮系统开始采集心电信号，保存至缓冲区，“开始”按钮变为“停止”扩展点：处理心电信号Postconditions:系统发送提示缓冲池已满的信号Alternativeflows:没有Usecase:显示心电信号ID:3Briefdescription:系统在屏幕上动态显示心电信号Actors:用户Preconditions:没有Mainflows:1.(o1.)用户选择“播放”心电信号2.系统接收缓冲池已满的信号,更新显示内容3.(o2.)系统在屏幕上显示心电信号4.系统将“播放”转换为“冻结”Postconditions:没有Alternativeflows:没有Usecase:冻结心电信号ID:4Briefdescription:系统在屏幕上静态显示心电信号Actors:用户Preconditions:没有Mainflows:1.（o1）用户选择“冻结”心电信号2、系统接收缓冲池已满的信号3.（o2）系统在屏幕上显示心电信号4.系统将“冻结”转换为“播放”Postconditions:没有Alternativeflows:没有Usecase:停止报警ID:7Briefdescription:系统停止声光报警Actors:用户Preconditions:系统已启动Mainflows:1、用户按下“停止报警”按钮2、系统停止声光报警3、“停止报警”按钮转换成“启动报警”Postconditions:没有Alternativeflows:没有Usecase:刷新显示ID:8Briefdescription:系统刷新显示界面Actors:系统定时器Preconditions:系统已启动Mainflows:1、系统刷新定时器定时时间到2、系统刷新显示界面Postconditions:没有Alternativeflows:没有确定设计类ECGmonitor心电监护类Device