0 引言
隨著人們生活節(jié)奏加快，人口逐漸老齡化，心臟疾病成為危害人類健康和生命的主要疾病之一。心電監(jiān)護系統(tǒng)為心臟病人診斷和治療提供了一個有效的手段，對心臟疾病的防治和診斷具有重大的意義，本介紹一種基于Linux 和MiniGUI 的心電監(jiān)護系統(tǒng)，能夠滿足患者隨時隨地對心電進行方便快捷的監(jiān)測，及時地發(fā)現(xiàn)異常情況并采取有效的措施，從而更好地保護人們的身體健康。
1 硬件系統(tǒng)設計
本系統(tǒng)采用S3C2440 處理器作為控制中心，S3C2440 是基于ARM920T 內核的16 /32 位RISC 嵌入式處理器，最高主頻可達532MHz，提供64MSDRAM、64M Nand Flash 以及2M Nor Flash 的存儲設備，獨立的16kB 指令緩存和16kB 數(shù)據(jù)緩存，LCD 控制器，3通道的異步串口，SPI 同步串口，117 位通用的I /O 口，1個內部時鐘，8通道10 位的ADC，觸摸屏接口，以太網(wǎng)控制器、PCMCIA 接口、USB 接口等，具有高性能、低功耗、高性價比等特點，主要用于視頻會議、網(wǎng)絡監(jiān)控，GPS 定位/導航儀等，特別是醫(yī)療電子設備。系統(tǒng)的整體硬件結構如圖1 所示，能夠實現(xiàn)對心電信號采集、處理、顯示、存儲等功能。
圖1 系統(tǒng)總體硬件結構
2 軟件系統(tǒng)設計
2. 1 構建嵌入式Linux
心電界面的開發(fā)是基于MiniGUI 的嵌入式Linux系統(tǒng)。在各種嵌入式操作系統(tǒng)中，Linux 以其結構清晰、源代碼公開、功能強大、又易于移植得到廣泛的使用。本系統(tǒng)內核采用2. 6 版本的內核，Linux 2. 6 內核在性能、模塊支持、可用性、可測量性等方面有大幅度的提高。一個完整的嵌入式Linux 系統(tǒng)主要包括BootLoader( 引導程序) 、內核和根文件系統(tǒng)3 個方面。本系統(tǒng)中Bootloader 采用VVi，文件系統(tǒng)采用Yaffs。根據(jù)目標平臺實際的需要，對引導程序、內核和文件系統(tǒng)進行裁減、配置，最后把編譯好的ViVi 以及生成的Linux 內核和文件系統(tǒng)的鏡像文件燒錄到平臺中并運行，嵌入式Linux 構建完畢。
2. 2 圖形用戶界面MiniGUI
MiniGUI 是基于Linux 的輕量級的圖形用戶界面支持系統(tǒng)，是由原清華大學教師魏永明主持開發(fā)，遵循GPL 公約。所支持的操作系統(tǒng)已不僅僅限于Linux，它還可以在uClinux、uC /OS-Ⅱ、eCos 和Vx-Works 等系統(tǒng)上運行。已驗證的硬件平臺包括Intelx86，ARM ( ARM/AMR9 /StrongARM/xScale ) ，Power-PC，MIPS，M68K ( DragonBall /ColdFire ) 等。對MiniGUI 移植，首先下載MiniGUI 的源代碼libminigui-1. 6. 10. tar. gz ( MiniGUI 函數(shù)庫源代碼) 和minigui-minigui-res-1. 6. 10. tar. gz( MiniGUI 所使用的資源，包括基本字體、圖標、位圖和鼠標光標) ，然后編譯安裝并將MiniGUI 的資源拷貝到目標平臺上，最后修改目標平臺的/etc /MiniGUI. cfg 文件，對目標平臺MiniGUI 的運行環(huán)境進行配置。
2. 3 心電采集界面設計
2. 3. 1 主界面
MiniGUI 中有3 種窗口類型: 主窗口、對話框和控件窗口，心電采集界面是采用對話框進行設計，對話框編程是一種快速構建用戶界面的技術，MiniGUI提供了一種基于模板的機制，利用DLGTEMPLATE和CTRLDATA 兩個結構體來表示，DLGTEMPLATE用來定義對話框本身，結構體CTRLDATA 用來定義控件。利用這兩個結構體模板，用戶可以根據(jù)需要在程序中定義自己的對話框和控件。主界面的對話框定義如下:
static DLGTEMPLATE DlgInitProgress =
{
WS_BORDER WS_CAPTION，
WS_EX_NONE，
0，0
， 240， 320，
" 歡迎使用心電信號采集系統(tǒng)" ，
0，0
，
10，NULL，
0
} ;
用CTRLDATA 定義對話框中所有的控件并用數(shù)組表示，對話框常常使用控件來實現(xiàn)提示或者設置等功能，定義控件數(shù)組模型如下:
static CTRLDATA CtrlInitProgess[]=
{
{ CTRL_STATIC，
WS_CHILD|WS_VISIBLE| SS_NOTIF
|WS_BORDER，
0，0
， 240，
30
IDC_STATIC1，
“歡迎使用心電信號采集系統(tǒng)”，
0
}
;
{
…
} ;
…
} ;
通過上述方法生成的心電監(jiān)護儀主界如圖2 所示。心電采集界面主要有心電數(shù)據(jù)采集與顯示、存儲、分析等功能，采用多線程編程，為采集、顯示、存儲、分析各建立一個專門的線程。多線程進行數(shù)據(jù)采集可以有效地加快程序的反應速度、增加執(zhí)行的效率。
圖2 電監(jiān)護儀主界面
在MiniGUI 中，使用消息驅動作為應用程序的創(chuàng)建構架。在消息驅動的應用程序中，計算機外設發(fā)生的事件都由支持系統(tǒng)收集，將以事先的約定格式翻譯為特定的消息。應用程序一般包含有自己的消息隊列，系統(tǒng)將消息發(fā)送到應用程序的消息隊列中。從消息隊列中讀取這些消息，并由窗口過程函數(shù)來處理這些消息。本系統(tǒng)界面通過鼠標鍵的按擊，翻譯成特定的消息，若收到的是控件消息，則判斷ID，根據(jù)應用程序進行相應的消息處理。
2. 3. 2 心電采集與顯示
心電數(shù)據(jù)采集采用定時器進行采集和顯示，定時器使用SetTimer 函數(shù)創(chuàng)建，創(chuàng)建時需要指定定時器標識號以及定時時間，當定時時間到達時，定時器將會產生MSG _ TIMER 消息，本系統(tǒng)的心電采集頻率為200Hz。
從A/D 寄存器讀取三通道的數(shù)據(jù)存入數(shù)組中，并將數(shù)組中的數(shù)據(jù)在液晶顯示器上繪出。在MiniGUI 中實時繪圖采用GDI，GUI 系統(tǒng)的一個重要組成部分就是GDI，即圖形設備接口( Graphics Device Interface) 。通過GDI，GUI 程序就可以在計算機屏幕上，或者其它的顯示設備上進行圖形輸出，包括基本繪圖和文本輸出。所有繪圖相關的函數(shù)均需要有一個設備上下文，為了提高繪圖效率，在這里建立私有設備上下文，所建立的設備上下文在整個窗口生存期內有效，從而免除了獲取和釋放的過程。利用hdc =GetPrivateClientDC( hDlg) 可獲得私有設備上下文。然后調用MoveTo ( HDC hdc， int x， int y) 和LineTo( HDC hdc， int x， int y) 對數(shù)組中的數(shù)據(jù)進行畫線，由于采集到的心電數(shù)據(jù)較小，因此在對其進行畫線之前根據(jù)顯示區(qū)域對所有數(shù)據(jù)進行適當放大，這樣可以使心電波形在液晶顯示器上直觀顯示。
2. 3. 3 心電數(shù)據(jù)分析
在心電數(shù)據(jù)顯示和分析線程中，由于心電信號容易受到各種干擾的影響，為了濾除心電信號中的干擾成分，首先要進行數(shù)字濾波處理，采用FFT 濾波和滑動平均濾波的方法使圖像得以平滑，并采用差分方法進行R 波檢測。當采集到5 秒的數(shù)據(jù)的時候，程序啟動心電數(shù)據(jù)分析線程，對存儲在數(shù)組中的心電數(shù)據(jù)進行分析，主要進行R 波檢測，并且在液晶顯示器上顯示。
2. 3. 4 心電界面程序的編譯
心電界面程序首先是在PC 機上編寫的，為了能夠在目標平臺上運行，必須先進行交叉編譯，編譯
如下:
#arm-linux-gcc -I /home /include -L/home /lib-O2 -oxindian xindian.c -lminigui -lmgext -lm -ljpeg-lpthread-lpng
這時生成心電界面程序的可執(zhí)行文件，將其下載到目標平臺中即可運行。
3 結束語
本文研制的心電監(jiān)護儀采用高性能的ARM9 微處理器為核心，在其上移植Linux 操作系統(tǒng)，并用 MiniGUI 進行心電界面開發(fā)，能夠對心電信號進行采集、波形顯示及處理，實現(xiàn)心電信號的實時監(jiān)護的目的。該心電監(jiān)護儀結合了目前現(xiàn)有的心電監(jiān)護儀的優(yōu)點，體積小、重量輕，并且具有操作界面簡潔、可擴展性強等優(yōu)點，對各種心率失常及各種心臟病變有較高的診斷價值。
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