基于RISC-V的多路光电容积脉搏波监测系统
电子技术应用 2023年3期
岳文韬1，张政1，高博1，龚敏1，彭玲2
（1.四川大学 物理学院 微电子技术四川省重点实验室， 四川 成都 610065； 2.四川大学 华西医院， 四川 成都 610041）
摘要： 针对光电容积脉搏波（Photoplethysmographic，PPG），基于RISC-V内核设计了一款多通道、实时PPG监测系统。该系统使用RISC-V架构的E203 IP作为低功耗内核，通过ICB总线挂接模拟前端和蓝牙控制模块。AFE4400模拟前端控制模块控制背靠背LED实现两路PPG信号采集，复用该模块分时处理来实现多路采集。蓝牙控制模块挂接到E203实现了通过蓝牙外设下达系统控制指令，之后上传PPG波至终端。该系统通过FPGA验证了22位双通道PPG信号物联网终端应用。
中图分类号：TP274+.2 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223456
中文引用格式： 岳文韬，张政，高博，等. 基于RISC-V的多路光电容积脉搏波监测系统[J]. 电子技术应用，2023，49(3)：37-41.
英文引用格式： Yue Wentao，Zhang Zheng，Gao Bo，et al. Multi-channel photoplethysmographic wave monitoring system based RISC-V[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(3)：37-41.
中文引用格式： 岳文韬，张政，高博，等. 基于RISC-V的多路光电容积脉搏波监测系统[J]. 电子技术应用，2023，49(3)：37-41.
英文引用格式： Yue Wentao，Zhang Zheng，Gao Bo，et al. Multi-channel photoplethysmographic wave monitoring system based RISC-V[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(3)：37-41.
Multi-channel photoplethysmographic wave monitoring system based RISC-V
Yue Wentao1，Zhang Zheng1，Gao Bo1，Gong Min1，Peng Ling2
(1.Provincial Key Laboratory of Microelectronics Technology， School of Physics ， Sichuan University ， Chengdu 610065， China； 2.West China Medical Center，Sichuan Medical University ， Chengdu 610041， China)
Abstract： Abstract： A multi-channel real-time system is designed for monitoring photoplethysmographic (PPG) using RISC-V kernel. The system takes E203 IP of RISC-V architecture as the low-power core, which connects analog front-end module and Bluetooth control module through ICB bus. The analog front-end control module controls back-to-back LEDs to realize two-channel PPG signal acquisition. Multi-channel acquisition can be realized by reusing the analog front-end control module. The Bluetooth control module is connected to E203 to deliver system control commands, and then upload PPG data to the terminal. Finally, The FPGA system verifies the 22-bit dual-channel PPG signal Internet of Things terminal application.
Key words : photoplethysmographic；RISC-V；SPI；HDL modeling；Bluetooth
0 引言
光电容积脉搏波描记法（PPG）是一种利用光电技术监测随着心脏搏动输出到体外循环中血液容积变换的方法。基于该方法的无创脉搏血氧仪已经在临床中得到广泛应用。除此之外，该信号蕴含多种其他人体生理信息，如血压和呼吸等，尚待提取和应用，成为可穿戴和便携式心血管健康监测系统研究要点之一。本文针对PPG信号研究中多参数、多通道以及实时监测的需求，设计了PPG监测系统。该系统主要由模拟前端和微处理器组成，实现了PPG信号的采集和远程传输。
1 研究意义
对于PPG信号监测系统中采集和处理过程，一些设计研究中采用的是以低功耗、低成本的Cortex M0处理器集成的SoC搭建出的可穿戴设备。更多的设计采用市场上现有的MCU直接进行搭建，大多是基于Cortex M3或者M4系列的CPU，或是采用HPS和FPGA结合的方式进行采集和处理。这些系统研究工作所使用的内核并非完全开源，增加了系统开发扩展的难度，在低功耗上也有着可以提升的空间。并且，MCU作为通用控制型的微处理器，可以作为完备的信号处理研究平台，但对于PPG信号的处理存在着模块冗余和缺少针对性的硬件算法加速等缺陷。
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作者信息：
岳文韬1，张政1，高博1，龚敏1，彭玲2
（1.四川大学 物理学院 微电子技术四川省重点实验室， 四川 成都 610065；
2.四川大学 华西医院， 四川 成都 610041）
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