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基于STM32的人体生理信号采集和存储系统设计

刘帅  
【摘要】:基于STM32的人体生理信号采集和存储系统作为一个便携式远程监护系统,主要实现人体生理信号(心率,脉率,呼吸率,血氧饱和度,血压,体温等)数据的实时保存或在发生报警的情况下的数据保存,以备医学研究者的查看和分析。它采用STM32F103系列微控制器作为主控芯片,将采集到的数据进行处理,以文件形式存储到SD卡中,并具备相应的文件管理功能。 本论文主要完成了以下几方面的工作: 其一对SD卡及FATFS文件系统做了整体概述,首先介绍了SD卡的接口规范、命令格式和总线协议,然后对在小型嵌入式系统应用中常用的一个文件系统Fatfs展开研究,重点介绍了其设计思想与组织结构。 其二是数据接收和存储系统的实现,详细研究了系统的软件设计和硬件设计。系统硬件平台采用的是意法半导体公司开发的基于Cortex-M3内核的32位微控制器STM32F103RE作为主控芯片,由DS1374芯片提供实时时钟,SD卡接口采用SDIO方式,以保证存储速度。系统的软件部分是基于MDK集成环境,采用了模块化设计,由五大主要模块组成,包括数据采集模块、底层媒介接口模块、Fatfs文件系统模块、实时时钟模块、SD卡应用程序模块。其中,数据采集模块主要通过USART来接收人体生理信号数据。底层媒介接口模块主要负责SD卡的驱动工作,包括SD卡的上电、初始化、获取卡信息、单块和多块的读/写等操作。Fatfs文件系统模块作为底层媒介接口模块和SD卡应用程序模块的桥接,重点讲述Fatfs的移植过程。实时时钟模块为系统提供时间,以便在记录文件时以实时时间命名文件。SD卡应用程序模块主要提供接口函数,如创建和读/写文件、遍历和删除文件、重命名文件,格式化SD卡等。之后又详细介绍了系统功耗控制,系统主要从微控制器、SDIO总线、SD卡三个层面来降低功耗。 最后介绍了数据存储时所遵循的文件协议。文件协议包括.dat和.set文件的格式和存储方式,SD卡上的文件管理以及突发情况的处理。.dat和.set文件分别位于DATA和SET目录,其中DATA目录下每天新建一个以当前日期命名的子目录,存储当天的.dat文件,这样做有两个好处:一是方便文件遍历,更快速找出最早或最晚的文件或目录,二是方便文件删除,当SD卡剩余空间不足时,可直接删除最早目录及目录下的所有文件。当遇到突发情况时,如突然断电或SD卡的移除,本设计已最小化临界区,将数据的损失降到最小。


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