本文研制了一套功能全備的醫療電子嵌入式實驗平臺，該平臺采用目前市面上流行的基于 Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ３內核的STM32 嵌入式單片機作為主控芯片，配合多種嵌入式系統通用技術模塊，同時加入了生物醫學工程專業特色的醫學生理參數模塊。

1 平臺系統設計

本實驗平臺采用意法半導體公司 STM32 嵌入式單片機，作為一款工業領域常用的微控制器，該芯片高性能、低成本、低功耗等優點，在實驗教學中具有很強的實用性。平臺外部搭載觸控液晶屏、７ 段數碼管、流水燈、蜂鳴器、ＲＧＢ、鍵盤、步進電機、藍牙、ＷＩＦＩ等通用性實驗模塊，同時配置了血壓、心電、血氧飽和度、體溫等生理參數模塊見圖１。

圖１ 系統功能模塊

1.1 基于 Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ３內核的最小系統模塊

該平臺的最小系統模塊由基于 Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ３ 內核的 STM32Ｆ１０３ＺＥＴ６ 嵌入式單片機、多 通道電源模塊、晶 振 和 ＲＳＴ 等 組 成。 該 單 片 機 內 置 ５１２ ｋＢ Ｆｌａｓｈ，最高支持７２ ＭＨｚ工作頻率，內置４ 個１６ 位定時器，１２通道的 ＤＭＡ 控制器，３ 路１２ 位 ＡＤ 轉換器，并有多達 １１２ 個快速 Ｉ／Ｏ 端口，支 持 Ｉ２ Ｃ、ＵＡＲＴ、 ＣＡＮ、ＵＳＢ 等多種通信接口。鑒于該單片機在工業領域應用的廣泛性，本平臺特意選取其為主控芯片。

系統的電源部分采用２４ Ｖ／３ Ａ 電源適配器進行外部供電，其輸出功率保證了實驗平臺各種大功率器件（步進電機、觸控液晶屏等）正常運行。平臺內部電源模塊采用 ＬＭ２５９６和 ＡＭＳ１１１７等不同類型的電源芯片，形成＋２４Ｖ、＋１２ Ｖ、＋５ Ｖ、＋３．３ Ｖ、＋１．８ Ｖ等電源網絡。需要注意的是，功率器件和普通ＩＣ 器件在接地時，需要將兩種地網絡進行分開布線，并用磁珠進行隔離，以防止影響芯片的穩定性。

1.2 輸入控制模塊

系統的輸入控制模塊包括常用的矩陣鍵盤、撥位開關、和模擬／數字信號轉換器等傳統的通用技術模塊，還增加了儀器中常見的光耦開關模塊。該模塊主要實現輸入或者采集操作。

1.3 輸出控制模塊

本平臺的通用輸出控制模塊功能十分強大，不僅包含通用的蜂鳴器、ＬＥＤ 流水燈、７段數碼管等嵌入式實驗平臺常用部件，還增加了例如 ＲＧＢ 燈珠、高精度步進電機驅動模塊、彩色觸控液晶屏等當今醫療電子設備中的常用器件。使學生在實驗課中熟悉這些模塊的控制和操作，以便在日后的工作中更好地運用。

1.4 通信模塊

隨著計算機技術的日益發展，傳統單片機基于串口的單一通信模式已經不能滿足社會對于電子產品的需求。針對此情況，本平臺設計了多種通信模塊，使學 生在學習時，不僅可以使用串口、ＵＳＢ 模塊與上位機進行通信，也可以使用藍牙、ＷＩＦＩ等無線通信模塊，與手機、平板電腦進行協同開發。以多種通信方式開 發學生的創新思維，提升學生的綜合競爭力。

2 醫療電子部件設計

本實驗平臺的醫療電子部件選用深圳大學生物醫學工程實驗中心自主研發的生理參數模塊（見圖２），其集成了血壓、心電、血氧飽和度、體溫、呼吸等多種測 量模塊于一體的綜合性功能模塊，可同時完成多項生 命體征監測任務。該模塊通過串口與主控芯片進行數 據傳輸，并可將測量結果顯示在觸控液晶屏上。

圖２ 實驗中心自主研發的生理參數模塊

2.1 血壓測量模塊

血壓測量模塊包括充氣泵、電磁閥、壓力傳感器等裝置，該模塊具有收縮壓、平均壓、舒張壓和脈率等參數的監測功能，血壓測量范圍可達０～３００ ｍｍＨｇ，精度±２ ｍｍＨｇ。學生通過學習各種裝置的使用來完成人體血壓測量，并將袖帶壓、脈率數據實時顯示到液晶屏上。

2.2 心電信號測量模塊

心電信號測量模塊采用３ 導聯獨立通道，可同時監測３路心電數據，并帶有１ 路呼吸參數，２ 路體溫監測功能，可設置為診斷、監護、ＨＡＲＤＥＳＴ 和手術測量模式，并支持心律失常診斷監護。學生在進行實驗的同時，不僅可以將多路心電信號顯示在液晶屏上，也可以通過藍牙、ＷＩＦＩ等多種通信模塊發送到電腦和手機上，為他們今后研發可穿戴醫療設備、ＰＯＣＴ 型儀器等打下基礎。

2.3 血氧飽和度測量模塊

血氧飽和度測量模塊采用基于紅外光譜吸收的光學傳感器，擁有脈搏氧、脈率和灌注指數的監測功能， 通過 ＡＤ 轉換器與主控模塊連接，可實時傳輸基于紅外光譜吸收的脈搏波信號。該模塊的測量精度可達± ２％，并且采用先進的抗運動算法，具有強抗運動性能。