【应用】低功耗32位MCU EFM32,实现低成本医疗内窥镜

2019-07-15 世强

概述

医疗内窥镜是目前常用的一种临床诊断工具,医生通过内窥镜能直接观察到人体内部器官的病变情况,如溃疡,肿瘤等,还可以利用它进行微创的外科手术,在医学界应用广泛。


电子内窥镜主要由光学镜头、信息采集系统、监视器等组成。电子内窥镜的成像原理是:信息采集系统装备的光源发出的光信号,经镜头内的导光纤维导人人体体腔,经体腔内表面反射后,被镜身前端装备的微型图像传感器CCD接收,CCD将光信号转换成电信号,再通过导线输送到信息采集系统,信息采集系统将图像信号处理后显示在监视器屏幕上。


电子内窥镜的系统结构

EFM32是由Silicon Labs公司采用ARM Cortex-M0+\M3\M4内核设计而来的高性能低功耗32位微控制器。它具有突出的低功耗特性,在电子内窥镜的数据采集单元,人机界面单元均非常适用。


图1:电子内窥镜结构框图


(1)数据采集单元

主要包括用于影像采集的CCD传感器、照明LED以及数据采集MCU。LED光源照亮被检测体,CCD能够检测到反射光并将其转换为电信号,MCU用于采集电信号,并将电信号转换为数字信号并与处理运算单元通信。选用小封装,高性价比,低功耗,带USB接口的EFM8UB1系列单片机。


(2)人机界面

人机界面为实施人员提供操作及信息界面。人机界面可由电脑实现,主控EFM32WG通过232/485接口与人机界面实时通信。


(3)控制执行

由主CPU控制微型电机带动镜头的转动,尽量减少体积,可采用12V SPI接口电机驱动芯片完成电机控制。


(4)存储单元

采用4KB I2C通信接口EEPROM,用于存储参数数据等。


(5)电源管理

将外部输入电压一路通过LDO输出3.3V为MCU供电,同时另一路输出12V为微型供电,分别选用Ricoh高性价比LDO芯片 RP105x和R1516x。

 

EFM32的方案优势

(1)高性能

EFM32WG系列单片机采用Cortex-M4内核,主频最高可达48MHz,支持DSP指令及浮点运算单元,能够更快更高效的处理视频及图像数据,提高图像处理能力。


(2)超低功耗

EFM32是全球最低功耗的32位微控制器,具有5种工作模式,其待机模式EM2的功耗电流仅为900nA,且此状态下带有RTC及一些低频外设。


(3)高集成度

EFM32片上集成有ADC、模拟比较器、运算放大器等模拟外设以及串口、I2C、USB-HOST等通信接口,资源丰富,配置灵活。


(4)良好的扩展性

EFM32的WG系列之间具有良好的兼容性,软件全系列兼容,保证用户在统一的硬件平台上,可进行不同功能需求的裁剪。Flash资源从最低的64KB~256KB,RAM资源为32KB。


总结

EFM32具有的高效的处理能力、优异的低功耗性能以及丰富的外设,非常适合于电子内窥镜的应用。其集成的USB-HOST接口,结合Cortex-M4内核的高效运算能力以及DSP指令和浮点运算单元,能够很轻松执行图像处理任务,EFM32具有丰富的外设,为系统扩展功能及降低成本提供了条件。因此,EFM32是电子内窥镜应用的最佳选择。


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