科幻小說經(jīng)常預(yù)言科技的進(jìn)步，有朝一日可能成為我們?nèi)粘，F(xiàn)實(shí)的一部分。從手機(jī)到智能手表，從虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔到自動駕駛汽車，曾經(jīng)看似純粹的幻想正在迅速成為我們生活中無縫互聯(lián)的一部分。

如今的便攜式醫(yī)療設(shè)備提供了持續(xù)監(jiān)測、實(shí)時(shí)警報(bào)、機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)分析，以及與醫(yī)生的虛擬或遠(yuǎn)程云連接診療，以獲得即時(shí)幫助。隨著許多醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的持續(xù)進(jìn)步得以提供即時(shí)反饋，包括實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程保健服務(wù)。有一種全球疾病尤其值得關(guān)注，技術(shù)創(chuàng)新為這種疾病提供了令人興奮的突破機(jī)會，可以改變許多人的生活。

據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，全世界有5,000多萬人患有癲癇癥；其中近80%生活在低收入和中等收入國家。此外，如果得到適當(dāng)?shù)脑\斷和治療，估計(jì)有70%的癲癇患者可以不再發(fā)作?？紤]到嵌入式物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的最新進(jìn)展，我們能做些什么來解決這個(gè)問題?

針對癲癇癥患者的無線監(jiān)控應(yīng)用

為此，美國的癲癇專家克拉克博士啟動了名叫“Project Epidet”的開發(fā)計(jì)劃，重點(diǎn)是開發(fā)一種為癲癇患者的護(hù)理人員提供早期預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)備。這款設(shè)備為用戶友好的無線設(shè)備，佩戴舒適，適合非醫(yī)務(wù)人員使用。它可以檢測出許多類型的癲癇發(fā)作，通常是在患者不知道或不記得事件時(shí)立即提醒護(hù)理人員。通過持續(xù)監(jiān)測和收集數(shù)據(jù)，Project Epidet將能夠記錄數(shù)據(jù)，并建立緝獲事件的歷史記錄。這些數(shù)據(jù)可以用于預(yù)測未來的事件，提醒患者采取預(yù)防措施。

Project Epidet項(xiàng)目是與Silicon Labs合作，基于Silicon Labs的EFR32BG22 SoC，應(yīng)用MCU，藍(lán)牙5.2連接，超低功耗，小巧的尺寸，和一系列用于傳感器集成的外圍設(shè)備。

以研究自主特征——皮膚電流測量法(皮膚電導(dǎo))、溫度和加速度測量法(測量運(yùn)動)，這些影響睡眠和其他參數(shù)的特征，更好地利用數(shù)據(jù)預(yù)測癲癇何時(shí)開始發(fā)作。還有包括如何使用心率和其他參數(shù)來定義不同的癲癇類型。這樣的設(shè)備可以從根本上改變我們看待患者的方式，改善癲癇管理的途徑。這意味著所有相關(guān)人員都將從該設(shè)備中受益:患者、他們的家人和/或護(hù)理人員，以及醫(yī)療保健提供者。對病人來說，這是一種保護(hù)，對家庭/照顧者來說，它提供了保證，他們將能夠在必要時(shí)進(jìn)行干預(yù)。對于提供者，它將確定真正的癲癇發(fā)作頻率，并允許加快決策和護(hù)理管理。

以用戶為中心的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)

同樣智漢科技以BG22 SoC系列的EFR32BG22C224F512GM32設(shè)計(jì)開發(fā)了一款低功耗藍(lán)牙模塊 RC224GM，該模塊集成了一個(gè)ARM Cortex-M33核心，它的運(yùn)行頻率高達(dá)76.8 MHz，包含352kB Flash (512k品種可用)和32kB RAM。它還有一個(gè)獨(dú)立的Cortex-M0+內(nèi)核驅(qū)動藍(lán)牙無線電子系統(tǒng)，這使得M33和足夠的內(nèi)存可用來處理應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)處理算法。這使Project Epidet能夠獲得檢測各種各樣類型所需數(shù)據(jù)的頻率和分辨率，在設(shè)備上本地處理所有數(shù)據(jù)，并利用藍(lán)牙無線電發(fā)送結(jié)案結(jié)果，并向護(hù)理人員提供必要的更新，并通過云進(jìn)行記錄和進(jìn)一步分析。

RC224GM為用戶無需考慮RF設(shè)計(jì)即可提供完整的RF解決方案，從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。且充分利用EFR32BG22的功能和外圍器件，可以為要求苛刻的應(yīng)用提供保障與支持，同時(shí)簡化了設(shè)計(jì)并降低了BOM成本。

針對便攜式設(shè)備的能耗設(shè)計(jì)

RC224GM也為便攜式醫(yī)療應(yīng)用設(shè)計(jì)權(quán)衡了尺寸、功耗、電池類型和形狀等因素。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)部分是由BG22 SoC的低功耗驅(qū)動的，因?yàn)樗\(yùn)行應(yīng)用程序并通過優(yōu)化的低功耗藍(lán)牙連接處理周期性傳輸，結(jié)合各種傳感器、信號鏈上的組件和存儲數(shù)據(jù)樣本所需的外部EEPROM的功耗。數(shù)據(jù)采集是電力消耗預(yù)算的重要組成部分。需要巧妙的技術(shù)和優(yōu)化來避免在默認(rèn)情況下持續(xù)監(jiān)控所有傳感器，從而降低設(shè)備的平均功耗。同時(shí)也需要提供一種方便的方式給設(shè)備中的電池充電。

最大限度延長應(yīng)用的電池壽命的關(guān)鍵是，RC224GM在活躍時(shí)每兆赫僅消耗27uA，在最低睡眠狀態(tài)下工作為1.2uA。這款電源優(yōu)化設(shè)備提供了5種能量模式：EM0(完全運(yùn)行)、EM1(睡眠)、EM2(深度睡眠)、EM3(停止)和EM4(關(guān)閉)。根據(jù)不同的模式，可以啟用或禁用各種架構(gòu)組件，使系統(tǒng)能夠優(yōu)化設(shè)備的總體功率預(yù)算。

此外，利用傳感器中斷和藍(lán)牙功能，最大限度地減少TX/RX時(shí)間節(jié)省整體電力。RFSense是EFR32無線MCU系列設(shè)備的另一個(gè)獨(dú)特功能，可以從EM2甚至EM4電源模式“喚醒”MCU，進(jìn)一步為設(shè)備節(jié)省電力。

嵌入智漢科技的從機(jī)透傳協(xié)議程序，可實(shí)現(xiàn)AT指令串口通信：用戶MCU可以通過 RC224GM 的通用串口和移動設(shè)備進(jìn)行雙向通訊，用戶也可以通過特定的串口 AT 指令，對某些通訊參數(shù)進(jìn)行管理控制。用戶數(shù)據(jù)的具體含義由上層應(yīng)用程序自行定義。移動設(shè)備可以通過 APP 對RC224GM進(jìn)行寫操作，寫入的數(shù)據(jù)將通過串口發(fā)送給用戶的 MCU。

RC224GM收到來自用戶 MCU 串口的數(shù)據(jù)包后，將自動轉(zhuǎn)發(fā)給移動設(shè)備。用戶使用 RC224GM 從機(jī)透傳模塊可自行配置普通BLE模式、Beacon和Eddystone模式，支持AT指令調(diào)整藍(lán)牙連接間隔，控制不同的轉(zhuǎn)發(fā)速率；還能調(diào)整發(fā)射功率、修改廣播間隔、修改串口波特率等參數(shù)。

結(jié)語

微電子技術(shù)的進(jìn)步使器件變得小型化，企業(yè)可以提供更多帶有微小電子封裝的小型設(shè)備，包括一個(gè)應(yīng)用微控制器單元(MCU)，無線連接，模擬外設(shè)，通用I/O，集成各種電源，以及根據(jù)想要收集的數(shù)據(jù)接口各種傳感器的能力。為像克拉克博士和其他便攜式醫(yī)療設(shè)備的團(tuán)隊(duì)這樣的創(chuàng)新者開辟了新的設(shè)計(jì)途徑。

審核編輯 黃昊宇