基于LPC2478的嵌入式智能胰岛素泵的设计

概述

当前全球范围内，每10秒钟就有一个糖尿病患者因并发症死亡，在同一个10秒钟内，又会新增两例糖尿病患者;受糖尿病影响的人口总数约为2.46亿，预计在未来20年内糖尿病患者的数量会上升至3.8亿。糖尿病是一种终身代谢性疾病，若能得到有效控制，患者可以终生带病而不影响工作和生活;若控制不当，会导致心血管疾病、血脂异常、失明、肾功能衰竭及截肢等严重并发症。

现有的胰岛素泵往往只可以注入胰岛素，而缺乏对患者体内血糖的监测能力，是一个“半开环”系统。随着国民经济和人们生活水平的提高，患者对医疗仪器的需求正不断增长，对其性能需求也不断提高。因此，我们有必要设计一种基于嵌入式系统的智能胰岛素泵，具有注射和监测两种功能，实现真正的“闭环”控制，把糖尿病对患者生活带来的不便降到最低。并且其体积小巧、价格低廉、能满足广大糖尿病患者的健康需要，因此智能胰岛素泵的研制具有广阔的应用及市场前景。

系统实现

嵌入式智能胰岛素泵主要包含主处理器、电源及复位、LCD触摸屏、泵驱动模块和信号采集模块。借助了高度集成的LPC2478微控制器，芯片内部集成了USB控制器、以太网接口、PWM、ADC以及方便的LCD显示接口。其中USB用来传输数据，ADC用来采集血糖信号，PWM功能用于驱动泵的工作，LCD接口提供人机交互显示部分，以太网接口将提供网络服务功能。

由于目前的胰岛素泵仅仅作为输入胰岛素的装置，不能自动感知使用者体内血糖浓度，也不能自动将血糖控制到正常。因此本次设计在胰岛素泵原有功能基础上，加入血糖监测功能，间隔一定时间对血糖值进行采集，通过比对即时调整临时注射量。通过LCD触摸屏可以方便查询血糖值和历史注射记录。USB和以太网可以与PC机进行数据交换并通过网络发送给医生。医生通过血糖图来制定相应的治疗方案，并依据治疗方案可重新设定胰岛素的注入量。采用友好的人机交互界面，为糖尿病患者带来极大方便，帮助患者摆脱生活不便的苦恼。

本系统在胰岛素泵原有功能基础上，加入血糖监测功能，真正起到人工胰的功能。将存储的数据绘制成血糖图，通过网络传输给医生，以便医生制定相应的治疗方案，最终实现个人—仪器—医疗机构一体化的治疗。

硬件平台采用自己绘制的PCB板，包括微控制器模块、电机驱动模块、LCD显示模块、信号采集放大电路、USB接口模块和以太网接口模块六部分，硬件原理图如图1所示。

微处理模块

微处理模块采用以ARM7 TDMI-S为内核的LPC2478芯片。其运行电压范围是3.3V~3.5V ，具有512kB片内高速Flash存储器、1个外部存储器控制器(EMC)、1个LCD控制器、1个10/100的以太网媒体访问控制器(MAC)、1个USB全速Device/Host/OTG控制器、1个10位的ADC和1个PWM单元等片内资源。

LCD显示模块

由于LCD控制器集成在LPC2478微控制器，所以简化了系统设计，降低了开发难度，提供了低成本、低功耗和高效的LCD显示的解决方案。LCD接口电路如图2所示，基于ADS7843的4线触摸屏接口电路。

电机驱动模块

微型泵驱动电路采用ROHM的H桥式驱动器，其低压、方便的PWM信号(20kHz~100kHz)输入对电机进行速度控制，为系统提供了高效率和低功耗的解决方案。