使用LPC1700的IEC 60601-1-8音频警报发生器
MCB1700加载完IEC音频报警固件后,当MCB1700上的COM1接口连接到运行HyperTerminal、TeraTerm或类似终端程序的PC上时,复位以后,用户就会看到具有下列菜单的提示:串口设置为9600比特率、一个开始位、一个停止位、无奇偶校验、无流量控制。
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图2 复位菜单
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图3 高级优先权报警菜单
按下1到8之间的任意一个数字,然后按下回车,将开始对应报警类型的高级优先权报警顺序。类似的菜单动作将针对中等优先权、低级优先权和试验菜单而获得,参见图4、图5、和图6中所示。
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图4 中等优先权菜单
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图5 低级优先权菜单
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图6 和试验菜单
试验菜单中的命令提供了具有谐波的最高和最低频率音调的短1秒脉冲,以及本应用程序所需要的最高和最低单一频率音调。这是为了方便进行性能试验。单一音调的生成是通过让‘ToneWeights’矩阵中的所有值都等于0,但正在生成的隔离音调除外。命令5将所有ToneWeights矩阵值都复位到它们的初始值。
外部硬件要求
外部DAC滤波器
对于在应用规格书中做的试验,增加了一个简单的三极RC滤波器,以便从信号中过滤掉25kHz采样速率分量。使用的滤波器如图7所示,它提供的截取频率范围处在9kHz到10kHz。由于样品速率高于正常人类听觉范围,所以没有滤波器,成本敏感的应用程序就可以通过。另外,在这个网络之后通常需要一个耦合电容器,因为DAC的直流电平一般为1.65 V。
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图7 三极RC DAC滤波器
如果不打算成为高的阻抗输入,或者这个信号是外部固定的,那么建议使用缓冲器。
性能分析
通过使用上一段描述的输出滤波器,执行了波谱分析试验,以验证信号的频谱含量,并估计信噪比。此外,还进行了示波器捕捉,以显示生成的警报音调的升降和其它瞬时特征。MCB1700DAC的输出被馈送到Mackie CR1604-VLZ音频混合器(用于平频率响应的EQ集),以便给笔记本电脑内部Sigmatel Codec提供正确的电平。笔记本电脑正在运行True Audio的TrueRTA波谱分析仪软件包。前文已详细描述过的试验菜单被用来提供分析中使用的试验音调脉冲。
利用DAC滤波器的多重音调生成的波谱分析
利用上文详细描述的三极10kHz RC滤波器之后获得的板输出,进行下列波谱分析仪捕捉。
具有谐波的应用程序(C4)中最低频率音调的波谱如图8所示。这些谐波在振幅方面互相非常接近。这将容易地满足IEC60601-1-8技术规格,因为它们只要求谐波处在互相之间15 dB的范围内。信噪比看起来超过55dB,也能提供非常好的噪声性能。波谱分析中显示的缺少其它谐波也证明了由Goertzel算法生成的正弦波的扭曲很低。
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图8 具有谐波的C4
图9显示了在具有谐波的应用程序(C5)中最高频率音调的波谱分析。由图可知,具有谐波的C5音调的波谱也具有良好的信噪比和低扭曲,而且能够将基本音符和谐波的振幅保持在几个分贝的范围内。
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图9 具有谐波的C5
结论
本应用中呈现的医疗报警的方法为符合IEC60601-1-8标准的音频医疗警报提供了一种有效、低成本、高性能的方法。技术规格也说明,在报警声音方面设备差异的细微程度对于操作人员是有利的。除了能满足标准的要求以外,此处提供的固件实施允许容易地自定义音调,同时仍然能够保持在技术规格参数范围以内。基于ARM Cortex-M3内核的NXPLPC17xx系列微控制器能提供非常高速度的性能和准确的定时,这特别适合于实施类似于本示例中使用的算法。利用在96 MHz的频率下运行的LPC1768处理器,本应用程序使用大约8 %的可用处理器带宽和小于10K的代码空间,这样就为其它附加的应用程序留出了大量的代码空间和处理能力。因此,非常容易将对IEC60601-1-8标准的支持增加到任何医疗电子应用中。
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