《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于RISC-V的多路光電容積脈搏波監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
電子技術(shù)應(yīng)用 2023年3期
岳文韜1，張政1，高博1，龔敏1，彭玲2
（1.四川大學(xué) 物理學(xué)院 微電子技術(shù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 四川 成都 610065； 2.四川大學(xué) 華西醫(yī)院， 四川 成都 610041）
摘要： 針對(duì)光電容積脈搏波（Photoplethysmographic，PPG），基于RISC-V內(nèi)核設(shè)計(jì)了一款多通道、實(shí)時(shí)PPG監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用RISC-V架構(gòu)的E203 IP作為低功耗內(nèi)核，通過ICB總線掛接模擬前端和藍(lán)牙控制模塊。AFE4400模擬前端控制模塊控制背靠背LED實(shí)現(xiàn)兩路PPG信號(hào)采集，復(fù)用該模塊分時(shí)處理來實(shí)現(xiàn)多路采集。藍(lán)牙控制模塊掛接到E203實(shí)現(xiàn)了通過藍(lán)牙外設(shè)下達(dá)系統(tǒng)控制指令，之后上傳PPG波至終端。該系統(tǒng)通過FPGA驗(yàn)證了22位雙通道PPG信號(hào)物聯(lián)網(wǎng)終端應(yīng)用。
中圖分類號(hào)：TP274+.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223456
中文引用格式： 岳文韜，張政，高博，等. 基于RISC-V的多路光電容積脈搏波監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2023，49(3)：37-41.
英文引用格式： Yue Wentao，Zhang Zheng，Gao Bo，et al. Multi-channel photoplethysmographic wave monitoring system based RISC-V[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(3)：37-41.
Multi-channel photoplethysmographic wave monitoring system based RISC-V
Yue Wentao1，Zhang Zheng1，Gao Bo1，Gong Min1，Peng Ling2
(1.Provincial Key Laboratory of Microelectronics Technology， School of Physics ， Sichuan University ， Chengdu 610065， China； 2.West China Medical Center，Sichuan Medical University ， Chengdu 610041， China)
Abstract： Abstract： A multi-channel real-time system is designed for monitoring photoplethysmographic (PPG) using RISC-V kernel. The system takes E203 IP of RISC-V architecture as the low-power core, which connects analog front-end module and Bluetooth control module through ICB bus. The analog front-end control module controls back-to-back LEDs to realize two-channel PPG signal acquisition. Multi-channel acquisition can be realized by reusing the analog front-end control module. The Bluetooth control module is connected to E203 to deliver system control commands, and then upload PPG data to the terminal. Finally, The FPGA system verifies the 22-bit dual-channel PPG signal Internet of Things terminal application.
Key words : photoplethysmographic；RISC-V；SPI；HDL modeling；Bluetooth

0　引言

光電容積脈搏波描記法（PPG）是一種利用光電技術(shù)監(jiān)測(cè)隨著心臟搏動(dòng)輸出到體外循環(huán)中血液容積變換的方法?；谠摲椒ǖ臒o創(chuàng)脈搏血氧儀已經(jīng)在臨床中得到廣泛應(yīng)用。除此之外，該信號(hào)蘊(yùn)含多種其他人體生理信息，如血壓和呼吸等，尚待提取和應(yīng)用，成為可穿戴和便攜式心血管健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究要點(diǎn)之一。本文針對(duì)PPG信號(hào)研究中多參數(shù)、多通道以及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求，設(shè)計(jì)了PPG監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由模擬前端和微處理器組成，實(shí)現(xiàn)了PPG信號(hào)的采集和遠(yuǎn)程傳輸。

1　研究意義

對(duì)于PPG信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中采集和處理過程，一些設(shè)計(jì)研究中采用的是以低功耗、低成本的Cortex M0處理器集成的SoC搭建出的可穿戴設(shè)備。更多的設(shè)計(jì)采用市場(chǎng)上現(xiàn)有的MCU直接進(jìn)行搭建，大多是基于Cortex M3或者M(jìn)4系列的CPU，或是采用HPS和FPGA結(jié)合的方式進(jìn)行采集和處理。這些系統(tǒng)研究工作所使用的內(nèi)核并非完全開源，增加了系統(tǒng)開發(fā)擴(kuò)展的難度，在低功耗上也有著可以提升的空間。并且，MCU作為通用控制型的微處理器，可以作為完備的信號(hào)處理研究平臺(tái)，但對(duì)于PPG信號(hào)的處理存在著模塊冗余和缺少針對(duì)性的硬件算法加速等缺陷。




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作者信息：

岳文韜1，張政1，高博1，龔敏1，彭玲2

（1.四川大學(xué) 物理學(xué)院 微電子技術(shù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 四川 成都 610065；

2.四川大學(xué) 華西醫(yī)院， 四川 成都 610041）


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