嵌入式动态血压分析仪的设计与研究.doc

成绩：学院： 专业： 班号：项目研究报告嵌入式动态血压分析仪的设计与研究摘要随着生活水平的提高,人们越来越关注自己的身体健康。血压是反映人体生理状况的最重要指标之一,正常的血压是保证身体健康的重要条件。血压测量结果对疾病的诊断及治疗方案具有重要的临床意义。动态血压监测(Ambulatory Blood Pressure Monitoring,ABPM)是一种在长时间内(通常是24小时)无创性的血压监测,能反映患者全天的血压波动情况,可获得偶测血压所无法获得的多种重要指标参数。因此,开发具有国际先进水平和自主知识产权的动态血压监测系统,对于提高人们的健康水平,降低人们的医疗费用,无疑具有重要的意义。 针对目前市场上电子血压计只能进行偶次血压测量,不能进行24小时动态测量的实际情况,设计了本系统。本系统是集血压和心率于一体的便携式动态监护测算系统,由硬件和软件两大部分组成。基于嵌入式技术,采用一款三星基于ARM7TDMI核的高速处理器S3C44B0X芯片,扩展一系列完整通用外围器件。实现24小时动态血压监测(ABPM),远程血压监测等功能。 本文对国内外血压检测系统的研究现状进行了详细分析,并对此有针对性的研究了动态血压测量的示波法原理及其检测和判别方法。通过研究波形特征法和幅度系数法,来判别收缩压与舒张压,并在此基础上总结改进,提出一种血压判别的新方法。 在理论研究的基础上,本文进行了严格的仿真试验。通过采用最小二乘法拟合曲线,用示波法检测动态血压值,系统仿真检测波形。经示波法仿真实验结果和传统听诊法测量结果对比分析,最后证明,本系统能更好的实现测量的准确性,更好的反映测量者的血压真实情况。关键词：动态血压分析仪，嵌入式，最小二乘法，示波法中图分类号：文献标识码：论文类别：C项目研究类别：DThe Design and Research in Embedded Dynamic SphygmomanometerAbstract：As the improvment of peoples living standard, people are far more concern about their health situation. Blood pressure is the most improtant target which reflect the physiological status of human being. Normal blood pressure ,whose testing result has the extraordinary sense to the diajnose and therapy of disease, is the important factor that insure a healthy body. Ambulatory blood pressure monitoring, ABPM,is a kind of long time,generally 24 hours, untrcumatic blood pressure monitoring system. Thus the design of high level ABPM mean a lot to the improvement of peoples health condition, cutting the medical fee. Considering the electronic blood monitor on the market that can not measure all day, we design this system. This system can not only monitor blood pressure but also heart beats. This articleanalyse the research abroad and home in detail,And do some research on the blood pressure and the way to define it.Keywords: Embedded system;ABPM;Least-Squares draft count;Oscillometric method;1引言动态血压监测(Ambulatory Blood Pressure Monitoring，ABPM)可弥补CBP的不足。既往ABPM主要用于鉴别白大衣、隐性及夜间高血压，近年来随着研究的深入，提出的谷/峰比(T/P比)、平滑指数(SI)、夜昼指数(DI)、压力负荷(BPL)等指标，提供更多有价值信息，在疾病诊断、药物疗效评价、疾病预测等方面有重要价值。 1.1立项依据目前ABPM在我国已广泛应用，但ABPM本身还很不完善，存在很大局限性。其中准确性差以及无统一诊断标准是ABPM最受关注的问题。尽管如此，ABPM仍是一项有发展前景的诊断技术，随着监测技术日益进步和临床研究不断深入，ABPM必将对高血压诊断治疗、预后和研究产生更为重要的意义和深远的影响。1.1.1项目研究或论文选题的目的及意义血压测量结果对疾病的诊断及治疗方案具有重要的临床意义。动态血压监测(Ambulatory Blood Pressure Monitoring,ABPM)是一种在长时间内(通常是24小时)无创性的血压监测,能反映患者全天的血压波动情况,可获得偶测血压所无法获得的多种重要指标参数。因此,开发具有国际先进水平和自主知识产权的动态血压监测系统,对于提高人们的健康水平,降低人们的医疗费用,无疑具有重要的意义。1.1.2国内外现状分析随着医疗科学的发展，医疗临床对人体血压测量的精确性和可靠性要求越来越高，这是因为在一些特殊病理条件下，如心脏病手术后、心脑血管疾病、高血压危象和休克病人等，需要根据人体血压的变化及时调整能对心血管系统产生明显影响的药物的给药速度和给药剂量，另外血压也是重症病人监护的重要监护指标。准确、及时地监测血压，对于了解病情、诊断疾病、指导心血管治疗和保障危重病人安全都极为重要。因此，研制既适合家庭保健人员又适合专业人士的智能型嵌入式动态血压计具有重要的现实意义。目前，市场上的主流电子血压计产品是松下电工和欧姆龙。fll针对市场上电子血压计只能进行偶次血压测量，不能进行24小时动态测量的实际情况，设计了本系统。本系统是集血压和心率于一体的便携式动态血压监护测算系统，采用三星的ARM7芯片S 3 C44BOX，扩展一系列外围器件，利用最小二乘法拟合曲线，通过示波法测量血压，实现血压测量的准确性和实时性。1.1.3相关文献综述1.2项目研究1.2.1项目研究内容动态血压系统的硬件基于示波法测量血压原理，整个系统总体上主要由气路部分、中央处理单元、模拟部分及模数转换部分、网络通信等几部分组成。 系统采用大容量Flash，用于存储心电信号、血压数据和系统文件，使用LCD点阵显示和菜单控件，具有良好的人机对话界面。系统实现了心电信号和血压数据的采集、存储和显示，完成对心电信号的分析和心律失常等指标的显示，同时也提供与外界PC机通讯的USB接口，以便将心率及血压数据通过Internet传至远端的专家进一步会诊。1.2.1研究目标系统可在最佳时间，有效地实施心电、血压信号的检测、分析和诊断，为捕捉心血管疾病的潜在病理信息，提供有效的方案。其实现具体功能如下: （1）LCD显示窗口。可测量显示收缩压、舒张压和心率值。(2)24小时动态血压监测(ABPNI。反映全天的血压波动水平和趋势。(3)血压监测的远程通信。使用TCP/IP协议的Socket编程发送至与Internet连接的远端上位机上；也可通过 USB 接口，实现近距离的血压监测通信。(4)利用嵌入式 Linux 操作系统，在血压计中采用 32 位 RISC 内核 ARM 芯片，此芯片的特点是具有高性能、低功耗，可扩展一系列完整通用外围器件，使得本系统比传统血压计具有更加强大，高效的功能。(5)采用最小二乘曲线拟合算法，使处理的数据结果比传统更精准。测量精度符合AAMI 及 BHS 性能标准。(6)硬件工作的低功耗。通过采用单气阀放气，分区分时供电，采用 CMOS 集成电路，ARM 芯片使血压、脉搏信号具体检测过程如下：信号首先进入压力传感器电路差分放大电路：对压力传感器输出的差分信号进行第一级放大，并将其作为袖压信号直接送到 A/D 转换器高通滤波放大电路：将直流袖压信号滤除，只对交流的脉搏信号进行放大低通滤波器：消除模拟通道引入的高频噪声干扰信号A/D 转换器微控器通道：进行数字滤波；对袖带的泵排气进行控制。血压脉搏信号检测模块框图如图 2-2 所示。1.3拟解决的关键问题1.3.1技术关键气路部分由一个直流电机带动的气泵、两个电磁阀等机电元件组成，主要完成对袖带的充气(加压)及放气(减压)工作。当电磁阀关闭时，启动气泵给袖带充气。采用两个电磁阀的目的是保证一个阀出现故障时，仍能安全减压。同时，两个电磁阀的选择应有所区别，阶梯放气阀应具有反应快速、能实现精确放气的要求，另一个阀应测量完毕或故障情况下实现大流量的放气，应称为泄气阀。气泵、袖带、电磁阀都过导管与多通接头相连，其中与气泵相连的导管上应装有单向阀，可使系统的漏气减至最小。数据采集部分主要包括一个压力传感器、运算放大器、两个低通滤波器和一个高通滤波器组成。主要完成袖带压力及脉搏信号检测。模拟信号的检测十分重要，它是整个系统的前处理部分，其质量的好坏直接影响到后面的处理。人体生理信息的特点是低频小信号(V-mV 量级)(0-300Hz)，低信噪比，因此传感器必需根据其特点精心选择，才能有效地提取生理信息并转换为电信号。在无创血压测量中的压力传感器通常采用的美国 Motorola 公司、NovaSensor 公司和日本的富士通公司的产品，三者均属于应变式硅压阻传感器，利用单片硅压敏电阻器产生随压力变化而变化的输出电压，该电阻器用离子注入工序制作在硅膜上，电阻器本身就是一个应变计，施加在硅膜上的压力使应变计的阻值发生变化，从而使输出电压随所加压力产生成正比的变化。综合性价比及采购等诸多因素，为获得原始信号我们最后选用的是 Motorola 公司 MPX53GP，它能将袖带内的气体振动信号转化为电信号，得到的电信号不仅包含气体的压力信号，还包含了脉搏的波动信号。因此要获得血压、脉搏的波动信号，就必须将这两种不同频率的信号分开。压力传感器用于测量迭加在一起的袖带压力和脉搏波的混合信号，再通过滤波器将这两个信号分开，分别送入 A/D 转换器，供 ARM分析处理。压力传感器输出的电信号是很微弱的，压强变化所产生的电信号只有几 V,而无效的偏压却有 20V 左右，并混有大量的高频噪声。因而，前置放大级要对信号进行差动一级放大并去噪，再进行零点调整于二级放大。MPX53GP 的输出为 0-50mV 的差分信号，在微弱的有效信号中还包含有工频、静电和电磁耦合等共模干扰，针对此类生物信号的特殊性，初级放大电路应具有很高的共模抑制比，以及高增益、低噪声和高输入阻抗等特点。鉴于此，采用运算放大器 AD420 作为初级放大器，它具高输入阻抗、低输出阻抗、强抗共模干扰能力、低温漂、低失调电压和高稳定增益等特点，使其在微弱信号的检测系统中广泛用作前置放大器。AD420 是由三个放大器和经过激光调阻修正的电阻网络构成。在传统的三片运放方式的基础上做了一些改进，内部阻值的校准保证用户只需要外接一个电阻即可实现由 1 到上万倍的精确增益设定，减少了由于增益相关误差带来的数据采集的误差。运算放大器对传感器输出的差分信号进行放大，其输出为袖带压力和脉搏波的混合信号，但其中脉搏波信号所占比重极小，可直接作为袖带压力送入 A/D 转换器。运算放大器 AD420 的输出由两个信号组成：微弱脉搏波信号 BP(1-30Hz 左右)叠加在袖带压力信号 CP(0.04Hz)上。如何提取出比较纯净的脉搏波信号是关键问题。首先进行低频滤波，滤除直流袖带压力信号，再对高频的脉搏波信号进行放大。但由于脉搏波信号非常微弱，应尽量减少滤波放大环节，从而减少干扰引入的机会。因此本设计中采用一个两级高通滤波放大器用于在 BP 信号进入后级放大之前与 CP 信号分开，以提取出较为纯净的脉搏波信号，使其能最大程度上真实反映脉动的变化。带放大功能的高通滤波器，将近似于直流的袖带压力滤除，并放大脉搏波信号。经过此过滤器分离出的BP信号再经过一级二阶压控有源滤波器后其振幅的变化将是判定收缩压、舒张压的依据。高通滤波器频率响应，经由测试，结果可知-小于 0.04Hz 的直流分量衰减-70dB，袖带压力信号得到了很好的抑制；有效的脉搏波信号的衰减小于-10dB，调节电阻 R20 的阻值，可改变脉搏波信号的放大倍数。从而经过此滤波放大器能较好地滤除直流袖带信号，同时对迭加在袖带信号上的脉搏波信号进行放大，得到有效的脉动信号。低通滤波器滤除高于脉搏波频率分量的高频噪声，输出作为脉搏波信号送入 A/D转换器。模数转换部分由多路 10BitA/D 转换器组成，转换内容为袖带压力和袖带压力脉动波。在本设计中 A/D 转换器为 ARM7 内设。中央处理部分主要完成的工作有：通过键盘接收系统参数设置及控制命令，并传送测量数据，其中包括收缩压、舒张压、平均压、心律和脉压波形等数据；对气泵、气阀及模数转换的控制；测量过程中的各种算法实现。微控制器对袖套的泵排气进行控制，传感器采集袖套内的气压信号。压强传感器输出的电信号是很微弱的，压强变化所产生的电信号只有几 V，而无效的偏压却有20V 左右并混有大量的高频噪声。因而，前置放大级要对信号进行差动一级放大并去噪，再进行零点调整与二级放大。信号分离部分完成 CP(袖带压力)信号与 BP(脉动压力)信号的分离。所得的 CP 信号进行 A/D 转换后直接输出至压力检测通道。分离出的 BP 信号相对微弱得多且存在一些敏感的高频干扰(主要是电源的 50Hz 干扰，其频率较 1-30Hz 左右的 BP 信号为高)，因而后级放大部分对其进行高频滤波后再进行三级放大。所得的信号 A/D 转换后进入微控制器，微控器将对其进行数字滤波等各种数字处理。1.3.2主要技术指标1.4预期成果随着互联网在家庭中的普及，远程医疗将更加实用，网络通信在嵌入式设备领域当中的应用，将更加广泛。相信在不久的将来，随着新技术的不断出现以及研究的深入，血压测量信息将彻底实现网络化，方便人们的分析诊断和沟通，实现真正意义上的无处不在。2项目执行方案2.1拟采取的研究方法系统仿真实验采集几十组不同年龄段，不同测量对象的连续的血压数据，通过MATLAB 仿真系统，体现血压数据处理的全过程，计算出其真实血压值。做了大量实验，由于篇幅所限，现选取一组典型的数据，做以比较，说明血压和心率产生过程。2.2技术路线动态血压测量(ABPM)是让受检者佩戴一个动态血压记录器，回到日常生活环境中自由行动，仪器会自动按设置的时间间隔进行血压测量，提供 24h 期间多达数十次到上百次的血压测量数据(一般白天大于 15min，晚上大于 30min)，为了解患者全天的血压波动水平和趋势，提供有价值信息。目前 ABPM 的检测方法主要有以下两种：柯式音法(Korotoff-Sound Method)和示波法(Oscillametric Method)。柯氏音法：柯式音法是临床上常用的无创检测方法。其原理是利用充气袖带压迫动脉血管，随着袖带压力的下降，动脉血管呈完全阻闭渐开全开的变化过程，通过辨别血流受阻过程中的过流声音及相应的压力点来确定收缩压(SBP)和舒张压(DBP)。通过听柯氏声来判别收缩压、舒张压，其存在问题在于：(1) 读数受使用者听力影响，易引入主观误差，难以标准化。(2) 以听诊法原理制成的电子血压计，虽然实现了自动检测，但仍未彻底解决其固有缺点，即误差大、重复性差、易受噪音干扰。(3) 无法直接测量动脉平均压。尽管如此，基于柯式音法原理的水银血压计仍然在临床诊断和家庭保健中得到广泛的应用，并被美国医学仪器进展协会(AAMI)和英国高血压协会(BHS)视为标准，其他无创血压测量新方法的提出需以柯式音法为对比参照。示波法：示波法，也称振动法或测振法。近年来许多血压监护仪和自动电子血压计大都采用了示波法间接测量血压。示波法测血压通过建立收缩压、舒张压、平均压与袖套压力波的关系来判别血压。因为脉压波与血压有较为稳定的相关性，因此利用示波原理测量的血压结果比听诊法较为准确。而且示波法测血压时袖套内无拾音器件，操作简单，抗外界噪声干扰能力强，还可同时测得平均压。一般通过袖带放气过程中脉搏波包络线顶点来估计平均压，而用幅度系数算法来估计收缩压和舒张压。幅度系数法采用的系数是用统计方法得到的。此外，无创血压测量方法还有很多中，包括超声法、脉搏延时法、张力测定法等，对于本文所研究的动态血压测量，其不是重点，不再详述。下面介绍示波法原理：示波法是 70 年代发展起来的新方法。此方法也需要用袖带阻断动脉血流，但在放气过程中，不是检测柯式音，而是检测袖带内气体的振荡波。这些振荡波起源于血管壁的搏动，理论计算和临床实验均证明此振荡波与动脉收缩压、平均压、舒张压存在一定的函数关系。其具体测量过程就是，当绑在手臂上的袖带压力比血管收缩压高出约 60mmHg 时，血管被阻断。随着袖带压力的下降血管由阻断变导通，这一过程就会在袖带中产生一系列的小脉冲。把小脉冲拾取出来，将其峰值连成曲线，得出包络线。根据包络线的形状，找出相应的特征点判别出收缩压和舒张压。示波法的主要优点是：(1)排除了操作者主观因素的影响，亦不受环境噪音的干扰。(2)便于电脑自动处理，其振荡波对于动态血压监测具有重要的意义。(3)可直接测量出动脉平均压。收缩压与舒张压的判别方法：示波法一开始是用来测量平均压的，考虑到临床上习惯使用收缩压和舒张压，利用示波法测量收缩压和舒张压也得到了研究。目前，示波法测量收缩压和判别准则很多，但无公认的判别准则。不同的血压监测仪所采取的判别准则不同，其具体算法一般都是技术秘密，不予公开。文献检索到的利用示波法判定收缩压和舒张压的具体方法很多，主要有两种：波形特征法和幅度系数法。波形特征法：波形特征法又称突变点法，是基于突变点准则的基本原理，根据脉搏波波形的特征来判别收缩压和舒张压的值。突变点原则认为，在袖带放气过程中，收缩压和舒张压对应着脉搏波幅度发生突变的点。Corall 与 Strunin于 1975 年提出，收缩压判别点在脉搏波幅度有明显增加处，舒张压判别点在脉搏波幅度有明显减小处。这里需指出，收缩压的判别点并不是第一个脉搏波的出现点，因为当袖带内压力高于收缩压时，血流虽被完全阻断，由于袖带近端脉搏的冲击，有振动传递至袖带中，仍能检测到幅度较小的脉搏波。基于突变点准则的基本原理，有下面几种比较典型的判别方法：(1)定性法。在袖套放气过程中，将压力波中的第一个突然跳变所对应的袖套压力判为收缩压。压力波幅度不再降低前的那个波动判为舒张压。这种方法由 Ramesy III提出，并应用Dinamap型自动血压测量仪，这是较早投入商业生产的无创自动血压测量装置。(2)压力波包络线拐点判别法。江国泰与斋藤正男从力学原理出发，提出了一个理想化的上臂活组织力传递模型，并由此证明收缩压、舒张压与袖套压力波包络线的拐点相对应。在此基础上，江国泰和蒋大宗提出利用二阶 AR 模型辨识压力波包络拐点判别血压的方法。(3)利用动脉弹性特征判别血压。首都医科大学的赵富强等人由动脉管壁的传输压-容积模型，提出了一种新的测量收缩压的方法。他们根据动脉在零跨壁压条件下弹性最大的特性，证明在测量过程中，当动脉内压力波的峰值等于袖套压力时，该峰值处袖套波动信号的微分有最大斜率。利用这一方法判别收缩压，只需对提取的波动信号进行求导运算得到微分值，再对每一跳峰值点处的微分信号求斜率，斜率最大的那一跳所对应的袖套压力，即为收缩压。利用波形特征法测量的个体适应性较差，测量精度不稳定，已逐渐为其它方法所替代。幅度系数法：又称归一法。它的基本原理是利用压力波最大幅值的比例关系进行识别收缩压和舒张压。目前电子血压计和动态血压监测产品中，绝大部分均是基于幅度系数法。它己被医学界普遍接受，并在临床上得到广泛应用。如图，AI是检测到的每个脉搏波的峰值，PI是每个脉搏波峰值所对应的静压力。在大量的理论研究和临床实验的基础上发现，脉搏波组成的包络线上 M, S, D 点的幅值 AM,As,AD之间有：As/AM=CSAD/AM=CD其中 CS，CD是常数，称之为幅度系数。因此只要测出每个脉搏波的幅值 A，和对应的静压力 PI，就可以计算出收缩压 Ps、舒张压 PD和平均压 PM，同时，根据采样频率和相邻脉搏波之间的间距，可以计算出心率。一些学者通过深入研究和广泛实验，总结出一些便于定量分析的规律。Geddes 等对幅度系数进行了研究，发现收缩压对应的幅度系数 CS近似为 50%，舒张压对应的幅度系数 CD为 75%-80%。嵌入式系统：又称为嵌入式计算机系统，指的是专用的计算机系统。嵌入式系统是随着计算机技术、微处理器技术、电子技术、通信技术、集成电路技术的发展而发展起来的。嵌入式系统已成为计算机技术和计算机应用领域的一个重要组成部分。随着后 PC 时代的到来，嵌入式系统的产品已经越来越多地渗入到我们生活当中，例如在制造及过程控制方面：人机操作面板、控制机床、电机驱动、测试设备、环境监测、输配电设备、炼油厂设备、远程无人采集监控站；医疗卫生设备方面：X 光机、CT、医护管理系统、病房监测系统；楼宇自控及商业零售网点、商业 POS、保安监控设备；办公设备及信息家电、手机嵌入系统、程控电话等等。而且它还会进一步地影响我们的生活，现代社会中嵌入式系统及产品最终会无所不在。(1)嵌入式系统的构建本文设计的嵌入式动态血压计中的嵌入式操作系统为 uClinux。在嵌入式系统中使用 Linux 有如下的优点：虽然大多数 Linux 系统运行在 PC 平台上，但 Linux 也可以作为嵌入式系统的操作系统。Linux 的安装和管理比 UNIX 更加简单灵活，因为 Linux 中有许多命令和编程接口，同传统的 UNIX 一样。与传统的实时操作系统（RTOS）相比，采用嵌入式 Linux 这样开放源码的操作系统的另外一个好处是 Linux 开发团体会比 RTOS 的供应商更快地支持新的 IP 协议和其它协议。例如对于 Linux 的设备驱动程序要比用于商业操作系统的设备驱动程序多，如网卡（NIC）驱动程序以及并口、串口驱动程序。Linux 操作系统本身的微内核体系结构相当简单。网络和文件系统以模块形式置于微内核的上层。驱动程序和其它部件可在运行时作为可加载模块编译到或者添加到内核中。这为构造定制的可嵌入式系统提供了高度模块化的构建方法。而在典型情况下，该系统须结合定制的驱动程序和应用程序以提供附加功能。嵌入式系统业常常要求通用的功能，为了避免重复劳动，这些功能的实现运用了许多现成的程序和驱动程序，它们可以用于公共外设和应用，Linux 可以在外设范围广泛的多数微处理器上运行，并早已经具备了现成的应用库。Linux 用于嵌入式的因特网设备也是很合适的，原因是它支持多处理器系统，该特性使 Linux 具有了伸缩性。因而设计人员可以选择在双处理器系统上运行实时应用，提高整体的处理能力。例如，可以在一个处理器运行 GUI，同时在另一个处理器上运行 Linux 系统。嵌入式动态血压计的总体结构由嵌入式硬件、嵌入式操作系统、板级支持包和应用软件组成。(2)嵌入式 Linux 系统软件平台的构建由于嵌入式软件运行于特定的目标应用环境，决定了嵌入式应用软件的开发具有其自身的特点。本操作系统选用 uClinux。它是完全符合 GNU/GPL 公约的完全开放代码项目，是标准 linux 的一个分支，它专门针对没有 MMU 的微处理器，并且专为嵌入式系统做了许多小型化的工作。嵌入式系统的开发通常采用宿主机/目标机(Host-Target)模式。在宿主机上运行 linux，安装交叉编译调试软件，对 uClinux 源代码进行修改、配置、编译、调试，最终下载到目标机上运行。操作系统的裁剪和应用软件的编码都是在通用的计算机或工作站上完成的，称这样的台式机为宿主机，其操作系统大多为 Window 系列，Linux 或 Solaries 等；而待开发的硬件平台通常被称为目标机，目标机上的软硬件均是可以裁剪，也可配置的。这种开发模式首先在宿主机上建立一个交叉开发环境，完成目标机软件功能，然后通过串口或者以网络将交叉编译生成的目标代码传输并装载到目标机上，并在监控程序或者操作系统的支持下利用交叉调试器进行分析和调试，最后目标机在特定环境下脱离宿主机单独运行自己的系统。本文采用的宿主机安装的是 Redhat9。1)交叉开发环境的建立宿主机上的 CPU 结构体系和目标机上的 CPU 结构体系是不同的，为了实现裁剪后的嵌入式操作系统和应用软件能在目标机上跑起来，移植它们之前，必须在宿主机上建立新的编译环境，进行和目标机 CPU 相匹配的编译，这种编译方式称为交叉编译。新建立的编译环境我们称之为交叉编译环境。交叉编译环境的编译工具在宿主机上配置编译实现，它们必须是针对目标机 CPU 体系的编译工具。只有这样，它对源代码编译生成的可执行映像，才会被目标机的 CPU 识别。交叉开发环境的建立可以有两种选择，一种是采用已经编译好的开发环境，只需要解开到安装的位置，另一种就是下载原码、编译和建立开发环境。木文采用前一种方式。从网站上下载到已经编译好的开发环境 cross-2.95.3.tar.bz2，在适当的安装位置解压即可，然后当需要使用的时候，应该指出编译器的安装位置。2.3可行性分析综合考虑上述两个判据，波形特征法具有普遍性而实现困难，幅度系数法简单实用但针对个体特征的差异又有其局限性。如果将二者结合起来应用，在比较宽松的幅值范围内寻找突变点，从而识别收缩压和舒张压。幅值的范围应包括检测到的所有个体的幅值。寻找突变点可采用差分算法，即求相邻振动波幅度的差值，差值最大点为突变点；也可采用比值法寻找突变点，即将相邻振动波的幅度相比，比值最大的点为突变点。经过大量的测试，结果表明，以上方法能可靠作为收缩压和舒张压的判据，具有工程实现的可行性和面对不同个体的普遍适用性。其具体做法如下：综合上述的归一化准则，收缩压的幅值系数在 0.40-0.80 范围内，舒张压的幅值系数在 0.40-0.85 范围内。在此比较宽松的归一化系数的范围内，相邻振动波幅差值最大处对应各自的突变点，即收缩压和舒张压。2.4项目特色与创新之处2.4.1该项目的主要贡献对于便携式 24h 连续监测的动态血压监测系统，低功耗是一个重要的问题。本系统的设计和开发过程中，在低功耗问题上，也做了一些研究主要包括：(1)采用单气阀放气，大大减小了功耗。基于充气的自适应血压测量技术设计的最初出发点就是依据低功耗的要求，它改变了传统血压测量系统多气阀组的设计，采用单气阀即可，从而大大减小了功耗。(2)采用分区分时供电方式本系统采用分区分时供电方式非常必要。因为对于动态血压监测，通常是每 15-30分钟测一次血压，而测血压的时间一般不超过 30S。也就是说，绝大部分时间里系统是空闲的，此时模拟电路不工作，通过 ARM 控制电源转换芯片的软开关完全，切断对模拟电路的供电。本系统测试表明，切断模拟电路，静态功耗下降 15mA 左右。(3)采用 CMOS 集成电路CMOS 电路具有微功耗、抗干扰能力强、工作温度范围宽等特点，所以本系统数字电路的芯片基本全部采用 CMOS 集成电路，和 TTL 器件相比，功耗可以数十倍的降低。CMOS 电路中所有未使用的输入端均不能悬空，以免输入端逻辑电平不定，电路来回翻转，增大系统的功耗。(4)ARM 芯片的低功耗运行系统采用的 ARM7TDMI 核 S3C44B0X 具有功耗低、成本低等显著优点。2.4.2论文工作的创新性本论文的主要工作是实现血压测量的准确性，实时性和高效性。具有易于操作，方便使用，人性化的特点。硬件方面，通过应用三星 Samsung 公司的一款基于 ARM7TDMI 核的高性能低功耗 RISC 的 32 位高速处理器 S3C44B0X，其具有高性能和快速的处理方式，可实现其高效性；全自动充气袖带，Motorola 公司 MPX53GP 压力传感器，运算放大器 A/D420，10Bit 高速通用 A/D 转换器，LCD 液晶显示屏 TG12864I，点阵 128(行)64(列)。软件方面，操作系统选用 uClinux；系统集：液晶显示功能模块，FLASH 存储与文件管理模块，A/D 转换模块，暂时中断处理模块，网络通信模块等各个功能模块于一体，实现其主要功能。理论方面，本文重点对动态血压测量方法之一的示波法原理进行了研究。并提出了血压判定的新方法。2.4.3预期成果展示说明及项目研究及论文成果和学术影响与传统的电子血压计相比，本系统对于血压测量有以下主要贡献：(1)社会价值：无毒，不污染环境，有利于环保；不易损坏，方便携带；测量方法简单，反应灵敏准确；及时反映出人体血压的动态变化。动态特性可早期发现高血压患者，发现清晨和夜间高血压，诊断或排除白大衣性高血压，在评价靶器官损害方面更优越，更有效指导降压治疗、评价药物疗效；心血同步检测有利于鉴别分析临床症状与血压及心脏之间的联系，监测重复率高，结果可靠性和重复性强；血压测量结果的远程通信传输，实现了对患者身体状况的及时诊断和治疗，方便人们对病情的分析与沟通。以上这些将极大提高人们的健康水平，为广大高血压患者带来福音。(2)经济价值：本系统所采用的 32 位 RISC 内核 ARM7 芯片，具有高性能、低功耗、性价比较高的特点。尤其随着科技的不断发展，ARM 芯片的价格还会越降越低，这使得本系统在功能特性方面远远高于其它系统的同时，在价格方面还具有相当优势。这将有益于本系统在实际中的推广和普及，对降低人们的医疗费用，无疑具有重要的意义。(3)理论水平：本文通过对无创血压测量方法示波法的研究，应用其理论，来测量血压。通过相关仿真试验对比结果，有效的证明了该示波法的准确性和先进性。利用最小二乘法拟合曲线。通过对示波法下，收缩压和舒张压的典型判别算法的深入分析，总结并加以改进，提出一套新方法。2.5已有研究基础2.5.1已经完成的主要工作随着医疗科学的发展，医疗临床对人体血压测量的精确性和可靠性要求越来越高，准确、及时地监测血压，对于了解病情、诊断疾病、指导心血管治疗和保障危重病人安全都极为重要。嵌入式设备通常具有体积小、重量轻、功耗低、稳定性好、网络功能强大等优点。因此将嵌入式系统技术与生物医疗仪器技术相结合，实现测试灵活、实时稳定、功能强大的嵌入式医疗仪器系统，已经成为目前嵌入式系统和医疗仪器科学方面的研究热点。尽管动态血压测量在临床上已经广泛应用，但国内产品与国外同类产品还有差距。因此，研制既适合家庭保健人员又适合专业人士的智能型嵌入式动态血压计是本论文成文的出发点和主要目的。2.6进步完善该项目的设想得出的血压数据只是在仿真软件上进行了测试，并没有真正在物理环境当中进行检验测试。所以还只能算是在模拟软件上满足了设计要求，下一步工作需要对其进行物理上的应用测试，还应找到更多的测试手段和测试方法，从更多角度，更多层面上对算法的准确性加以测试；ARM 芯片的实际应用价值还需要多方面的评估，ARM 还只是停留在实验室仿真阶段，只能算是一个处理器芯片的原型，距离真正实用还有很大的差距。所以还需要对其进行整体功能全面测试，以及外围模拟模块的集成设计等工作；目前 ABPM 技术还存在不少局限，测量时对病人要求较高，测量精度音病人的运动而有待提高。3研究进度安排与经费预算表1经费预算 （金额单位：元）进度时间进度内容预计经费项目开始一个月进行市场调研，分析数据，确定研究方向10000后一个月根据市场调研数据制定严密的计划安排5000三个月根据计划进行分析仪的设计与研究调试300000一个月实验室及临床试验10000两个月专利申请，市场推广200004结论随着医疗科学的发展，医疗临床对人体血压测量的精确性和可靠性要求越来越高，准确、及时地监测血压，对于了解病情、诊断疾病、指导心血管治疗和保障危重病人安全都极为重要。嵌入式设备通常具有体积小、重量轻、功耗低、稳定性好、网络功能强大等优点。因此将嵌入式系统技术与生物医疗仪器技术相结合，实现测试灵活、实时稳定、功能强大的嵌入式医疗仪器系统，已经成为目前嵌入式系统和医疗仪器科学方面的研究热点。尽管动态血压测量在临床上已经广泛应用，但国内产品与国外同类产品还有差距。因此，研制既适合家庭保健人员又适合专业人士的智能型嵌入式动态血压计是本论文成文的出发点和主要目的。5参考文献或事物名称1 沈建华，杨艳琴ARM 嵌入式处理器结构与应用基础M北京:北京航空航天大学出版社2005:376-3772 江建林嵌入式设计及 Linux 驱动开发指南-基于 ARM9 处理器M电子工业出版社2004:35-373 孙海，徐春艳ARM 应用系统开发详解-基于 S3C4510B 系统设计M清华大学出版社2004:80-834 刘鑫屏，田亮.基于仪表总线的分布式测控系统设计中国仪器仪表. 2002.1(4):4-65 Ziegler, Horst:Seminar Material, M-Bus WorkshopM, 1992, 78-806 IEC 870-5-1:Telecontrol Equipment and SystemsJ, Part S Transmission Protocols,Section One-Transmission Frame Formats, 1990,5(34):3-47 IEC 870-5-2:Telecontrol Equipment and Systems, Part 5 Transmission Protocols,Section Tw-Link Transmission Procedures, 1992,23(4):7-88 EN1