基于dsp的咳嗽监测系统设计

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1、燕山大学本科毕业设计（论文）课题名称：基于DSP的咳嗽监测系统的设计学院（系）：里仁学院电气工程系年级专业：09级生物医学工程学生姓名：马晓玉指导教师：景军完成日期：2013年6月课题要求1、学习了解咳嗽监测生理参数测试相关知识2、学习了解咳嗽监测系统设计方法3、掌握咳嗽监测设计方法原理4、完成系统信号采集硬件设计4、完成信息通信部分的硬件模块设计和部分系统软件流程5、按要求撰写论文咳嗽监测系统分类本文的主要结构安排和研究目的本文主要以咳嗽音的临床应用为背景，根据医生的要求针对咳嗽病房医生的实际需求，设计开发一个能24小时自动录制

2、并存储咳嗽音的装置，并能使数据被电脑端的GUI界面识别分析，从而对病人病情作出及早的诊断。本文的主要工作是，根据医院医生需求和电脑端的软件分析需要，搭建硬件电路，完成整个装置的底层软件驱动程序，包括咳嗽音数据的采集，传输，编码和存储等硬件结构图系统的工作原理如下：上电后，主控芯片从FLASH程序存储模块中引导加载程序代码，并开始对系统进行初始化。根据医生的要求，麦克风头通过医用胶带固定在病人的喉部，将病人的咳嗽声信号采出，经过信号采集模块的转化，设置采样率为16KHz，单个采样点16位，单声道的数字信号，传输到主控芯片。主控芯片再

3、将信号写进咳嗽数据存储模块中，并PCM编码成WAVE数据文件。按键和LCD显示提供给用户进行当前的时间设置，以及更改单段的咳嗽录音时间长度，还可以方便用户读取数据存储模块中咳嗽文件数量和已用以及未用的容量信息。电源负责对系统各个模块供电。通过查阅《DSP系统应用设计》了解到目前TI公司的DSP型号主要有：TMSC5000，TMS320C6000和TMS320C2000系列。其中，C5000系列为16位定点DSP，具有高性能，低功耗，体积小，价格低等显著优点，被广泛应用在IP电话机，数字式助听器，便携式声音

4、数据

5、视频产品等系统中。

6、综合考虑，本设计系统所选用的DSP型号为TMS320C5000系列。在主控模块设计过程中涉及到具体型号的确定，基于后续的部分预处理算法移植、片内外设接口的丰富程度、芯片功耗以及供货情况等原因考虑，系统的主控芯片采用了TI公司的定点DSP芯片TMS320VC5509A，它属于TIC55xDSP系列的其中一种。C55x是在C54x的基础上发展起来的，而后者已经是低功耗的DSP。通过强化设计工艺和结构，C55x的功耗已经提高到了一个新的水平，而在降低功耗的基础上，性能方面也有较大的提升。C55xDSP与C54xDSP相比，核功耗降低到1

7、/6，性能提高了5倍，代码量减少了30%[30]，更适用于便携式多媒体处理器以及手持式个人医疗设备等。图3-1是5509A在本系统的应用结构图：5509A在本系统中的应用结构图数据采集模块的主要任务是记录病人的咳嗽声音信息，并根据PC端软件分析的要求以16kHz的采样率、单声道、16位的方式转化为数字信号，以供主控芯片处理。它主要采用TI公司的立体声音频编解码芯片TLV320AIc23B(简称AIC23B)以及一个松下的麦克风拾音头。AIC23B内部具有可编程增益调节，带有完整的数字滤波器，AD模数转换的输出信噪比可达90dB，省

8、电模式下功耗小于15μW[34]。DSP与AIC23B和5110LCD的连接示意图如图所示，右侧部分是5509A与AIC23B的连接示意图。信号采集模块TMS320VC3205509A与SD卡硬件连接示意图按键连接为了使用户操作更为方便，系统提供了5个功能按键，如图3-6所示：UP：菜单上翻键/-键；DOWN：菜单下翻键/+键；ENTER：回车/确定键；10sec：10秒钟环境噪声快捷键；30min：30分钟咳嗽录音快捷键/录音键。这5个功能按键分别接INT2、INT3、INT4、INT1和INT0引脚向DSP传输产生下降沿触发中

9、断信号。在实际的设计过程中，为了方便病人和医生的使用，INT1和INT0作为独立的快捷按键可在装置通电后，直接按下即可实现录音过程。而INT2、INT3和INT4三个按键则是配合液晶的菜单操作而设置的，方便用户对菜单功能选项进行设置。PCB设计上，按键采用了侧按，并作了凹槽设计，防止病人随身携带时误触碰到。按键连接液晶显示为了减少液晶显示功耗和5509A引脚占用，系统采用了NOKIA5110的LCD串行液晶。由于在上电后，DSP的McBSP0口从FLASH中引导完程序后，McBSP0口闲置，因此，可以将McBSP0口的部分引脚复用

10、，配合GPIO2和GPIO3引脚，来对LCD进行接控制，如图所示。电池选择对于系统来说，为了方便病人随身携带和可重复充电使用，因此所用的供电源必须为可充电电池，目前用于电子设备上的可充电电池主要有三种：镍镉电池（Ni-Cod）、镍氢电池（Ni-H）