基于M3352工控核心板的新型腦電監(jiān)測TCI注射泵設(shè)計方案

1.1背景事件

針對患者手術(shù)中麻醉劑的施用，當麻醉劑量超標時，容易造成患者心跳、呼吸驟停從而造成腦損傷。傳統(tǒng)的麻醉劑注射依靠麻醉師的經(jīng)驗，而新型的腦電監(jiān)測TCI注射泵則將BIS（腦電監(jiān)測）與TCI（靶控輸注）相結(jié)合，真正在醫(yī)療電子中實現(xiàn)個體化鎮(zhèn)靜麻醉，減少麻醉風(fēng)險。

1.2腦電監(jiān)測TCI注射泵控制主板功能需求

腦電監(jiān)測TCI注射泵在常規(guī)注射泵基礎(chǔ)上，通過接收“腦電分析儀”的數(shù)據(jù)來進行分析決策注射量和注射速度，使注射更加科學(xué)，更加安全。

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控制主板主要功能需求：

顯示接口，外接7寸以上真彩液晶，支持觸摸屏；

RS-232接口，連接腦電分析儀；

PWM，控制注射電機；

ADC，采集注射管位置數(shù)據(jù)信息；

聲卡，注射過程提示；

以太網(wǎng)，連接服務(wù)器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳；

1.3腦電監(jiān)測TCI注射泵控制主板設(shè)計難點

1.觸摸屏“飛點”，頻繁操作失誤

注射泵采用7寸四線電阻式觸摸屏，在操作過程中“飛點”現(xiàn)象嚴重，導(dǎo)致頻繁誤操作并影響用戶體驗。通過觸摸屏繪線，可發(fā)現(xiàn)明顯的“毛刺”與“波浪”，如圖1所示。

圖1 觸摸屏操作繪線

2.觸摸響應(yīng)速度慢，且偶爾發(fā)生死機

腦電監(jiān)測TCI注射泵內(nèi)部程序較為復(fù)雜，軟件處理任務(wù)較多，時有觸摸按鍵點擊后、反映過于遲鈍現(xiàn)象，且偶爾會出現(xiàn)系統(tǒng)死機，需重啟設(shè)備現(xiàn)象。

3.偶發(fā)性斷電重啟失敗，造成設(shè)備無法正常使用

注射泵關(guān)機采取直接斷電方式，測試過程中發(fā)現(xiàn)在頻繁的開關(guān)機操作中，設(shè)備偶爾出現(xiàn)無法啟動的現(xiàn)象，分析發(fā)現(xiàn)，該現(xiàn)象為斷電后操作系統(tǒng)文件系統(tǒng)丟失（原存儲在flash中）。偶發(fā)性現(xiàn)象在早期所有測試樣機中均不同程度復(fù)現(xiàn)，嚴重影響產(chǎn)品品質(zhì)。

1.4我們的推薦方案

針對客戶的功能需求與設(shè)計難點，ZLG致遠電子推薦采用M3352工控核心板，協(xié)助客戶快速完成產(chǎn)品開發(fā)，項目框圖如圖2所示。

圖2 項目框圖

1.觸摸屏硬件濾波配合軟件驅(qū)動去除“飛點”

四線電阻觸摸屏接口電路如圖3所示，為防止觸摸屏受干擾而出現(xiàn)較大識別誤差，加入了低通濾波電路；需注意電容C78～C81選型，容值不能超過0.01μF，否則觸摸屏反映遲鈍或無法正常識別，建議取值1nF。

圖3 觸摸屏電路

除硬件濾波外，觸摸屏驅(qū)動需增加去除“飛點”的算法處理，最終的觸摸屏實現(xiàn)效果如圖4所示，繪線已十分平滑。

圖4 觸摸屏繪線

2.采用工控核心板，Cortex-A8處理器

觸摸響應(yīng)速度慢、偶發(fā)性死機，與軟件處理的任務(wù)復(fù)雜度及處理器性能相關(guān)，同時不排除軟件設(shè)計、硬件設(shè)計問題（如驅(qū)動程序、電源電路、主板抗干擾性能）引發(fā)設(shè)備死機。

M3352核心板采用Cortex-A8處理器，主頻達800Mhz，性能為普通ARM9處理器的4倍以上，完全可滿足注射泵對處理器性能的需求。同時，ZLG核心板軟件、硬件均經(jīng)過嚴格的壓力測試，且穩(wěn)定性歷經(jīng)醫(yī)療、電力、軍工等各行業(yè)考驗。

3.十萬次flash掉電測試，可靠文件系統(tǒng)

設(shè)備斷電重啟后無法啟動，多為意外斷電導(dǎo)致的文件系統(tǒng)損壞或文件系統(tǒng)丟失。文件系統(tǒng)是指操作系統(tǒng)用于明確磁盤或分區(qū)上文件的方法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，即在磁盤上組織文件的方法。

文件系統(tǒng)常見異常：

文件系統(tǒng)掉電丟失，系統(tǒng)無法啟動、重要記錄數(shù)據(jù)丟失；

文件系統(tǒng)損壞，存儲數(shù)據(jù)出現(xiàn)位錯亂、重要文件無法打開讀取。

M3352核心板以及ZLG致遠電子ARM工控產(chǎn)品，文件系統(tǒng)在讀寫過程中經(jīng)過10萬次頻繁上下電測試：

確保文件系統(tǒng)可靠；

確保意外掉電文件系統(tǒng)不丟失。

1.5推薦產(chǎn)品

圖6 M3352核心板

M3352核心板，靜電、浪涌、脈沖抗干擾設(shè)計符合工業(yè)4級；

主要功能特點：

TI Cortex-A8 AM3352處理器，800MHz主頻

支持WinCE與嵌入式Linux操作系統(tǒng)

6路UART接口

2路CAN接口

2路高速 USB OTG（內(nèi)置PHY，480Mbps）

2路以太網(wǎng)（其中1路為千兆MAC）

機械尺寸60mmx45mm

工作溫度-40℃~+85℃