Realtek蓝牙技术在便携式开发中的应用研究-肌痛评估仪

sunsili

Realtek蓝牙技术在便携式开发中的应用研究-肌痛评估仪

一、引言

肌肉无力检查是用于检查肌肉骨骼系统和神经系统基本病变的方法。特别是，评估周围神经病变引起的肌肉无力。它广泛应用在神经病学，神经外科，骨科，运动医学和康复部门。是国际上最普遍认可的临床评估，该方法被称为MMT（手动肌肉测试）。虽然MMT易于操作，其分类比较粗糙，并且常常伴随着主观评价的错误。此外，测力装置是相对简单的操作，例如测功机或捏强度计，只能测量手的肌痛，而且它还有更大的测量误差。一些好的用于测量和训练肌痛的设备例如：Power Track II，计算机接口手册肌肉，自由无线肌肉测试追踪器等，成本太高，操作复杂，难以扩展并大规模应用于临床领域。

随着通讯技术的发展，短距离无线通信技术以蓝牙技术为代表的技术不断渗透在医疗保健行业，这使得医疗设备越来越智能化，小型化和网络化。对于传统医疗设备，每种硬件设备主要通过通讯电缆连接，在某些情况下并不适用，其复杂性连接大大限制了许多应用医疗设备，尤其是脑血管患者疾病，急需康复具有诊断和治疗功能的设备，因为它们的肌肉功能差，功能平衡和运动困难。另外，设备可以发送通过中央控制将数据无线收集到计算机上用于数据处理和定量分析，建立临床上治疗计划的科学依据。由于蓝牙技术具有微功耗，抗干扰能力，网络灵活等特点，它是实现康复和中央控制系统终端治疗的理想选择。

二、设计的整体结构

上述评估了肌痛的便携式设备应场景。在此开发了基于无线蓝牙技术的研究。该设备主要由肌肉力量组成的传感器，RTL8762C Realtek 蓝牙单芯片微控制器系统和PC，可以实现测试评估四肢和躯干不同部位人体的强度在0〜500N的范围内。而且，蓝牙无线通讯传输可以实现数据测力计与PC之间的传输范围为10米，该设备的特点是低功耗消耗，结构简单，易于操作，功能强大功能等，可以对肌肉修复功能的临床评估。本设计用于评估肌痛的设备，要求达到高精度，低成本，低功耗，体积小，操作简便。对于以上要求，整体主要由肌肉力量组成的传感器，RTL8762C Realtek 蓝牙单芯片微控制器系统，PC等组件。后调节和放大，由传感器收集在微控制器中并进行通讯通过芯片内部的蓝牙模块与PC配合使用，整体结构为如图1所示。

图1. 整体结构

使用RTL8762C Realtek 蓝牙单芯片微控制器是因为核心控制单元能够将肌痛信号转换为数字信号并与蓝牙模块通信等方面的考虑上。PC的任务是完成人机交互，通过与蓝牙模块与RTL8762C Realtek 蓝牙单芯片微控制器系统通信。当设备是工作时，PC的蓝牙模块将搜索蓝牙设备，然后与微控制器蓝牙模块建立连接。PC设置合适的串口通信参数，例如COM端口，波特率和其他参数。设置完参数后，PC发送握手指示，开始或停止微控制器，用于更改工作状态。系统在PC上进行肌痛评估的过程和分析收到的数据。

三、蓝牙的硬件设计

通讯接口蓝牙数据传输系统实际上是蓝牙无线调制器。蓝牙模块将数据转换成称为RF和无线传输到PC。在整个系统中RTL8762C Realtek 蓝牙单芯片微控制器是与PC主机蓝牙dongle模块完成建立并蓝牙链接管理，用户安全管理，打包和拆分数据。主要工作蓝牙模块用于完成每个级别的功能蓝牙协议中定义的HCI级别。

A. RTL8762C Realtek 蓝牙单芯片微控制器模块

一般说明

• 支持蓝牙5.0（RTL8762C系列）
• LE 2Mbps
• LE 广播扩展
• LE 远距离
• High Duty Cycle Non-Connection Adv
• 支持 OTA（Over-the-Air）
  
  

Cortex-M4处理器

• ARM Cortex-M4 最大40MHz
• 总共160KB SRAM
• 串行闪存控制器（一位和四位模式），具有16KB 4-way cache
• 支持AES128 / 192/256加密/解密引擎
  
  

RF 性能

• 发射功率:  0/4/7.5dBm可配(具体参考datasheet)
• 接收灵敏度: -97dBm BLE
• 快速AGC 控制, 用以改善接收动态范围
  
  

周边接口

• 灵活的GPIO设计
• 硬件Keyscan和Quad-decoder
• 嵌入式IR收发器
• 实时计数器（RTC）
• SPI主/从x 2;定时器x 8;I2C x 2WM x 8;UART x 2
• 400ksps，12bit，8通道AUXADC
• 用于外部音频编解码器的I2S 接口
• I8080接口用于LCD
• 内部32K RCOSC保持BLE链接
• 嵌入式PGA和音频ADC，带有5频段均衡器
  
  

IC型号

B.硬件实施

用于评估肌痛的设备使用小力传感器。传感器的输出为0〜2.5V，其中表示压力范围在0〜50kg之间。肌痛的信号通过传感器。经过放大和去噪后，电气信号发送到微控制器以转换模拟信号信号转换为数字信号的A / D转换器RTL8762C Realtek 蓝牙单芯片微控制器使用单通道单转换模式，其内部参考电压为2.5V。ADC由计时器A的时间中断触发。在中断之前，ADC完成其转换，然后微控制器根据以下内容读取并打包数据通讯协议，并通过蓝牙发送到PC模块。蓝牙模块使用三个UART信号线，作为两个它们是TXD和RXD，还使用RTS（流控制信号）。CTS端口通过47K电阻连接到接地， RTL8762C Realtek 蓝牙单芯片微控制器具体连接如图2所示。

图2. MCU和PC之间的连接

四、 软件设计

RTL8762C Realtek 蓝牙单芯片微控制器的软件设计，keil集成开发环境用于评估建立的项目文件。项目文件包括信号收集处理转换，发送或接收控制信号，传输数据等文件都是基于C编程语言开发的。PC端串口软件主要用于通过计算机发送或接收数据。数据被发送或接收到便携式设备以用于通过串行端口进行肌痛评估。这个软件可使用Microsoft Visual Studio 2018。RTL8762C Realtek 蓝牙单芯片微控制器软件的功能是负责系统的初始化，并执行PC给出的说明。这些说明包括：

a，在线响应测试；

b，开始数据收集；

C，停止资料采集;

蓝牙数据传输和通讯协议栈软件主要要完成蓝牙芯片初始化，编辑管理命令蓝牙链接，建立链接，删除链接并解释数据。这些功能放在RTL8762C Realtek 蓝牙单芯片微控制器的蓝牙协议栈中。因此，RTL8762C Realtek 蓝牙单芯片微控制器软件的处理是为了区分PC在主程序中给出的指令；并配置系统标志和内部寄存器，或调用适当的子程序。蓝牙模块上的软件主要为完成基本的说明，包括重置蓝牙设备，读取蓝牙设备，地址初始化，查询，连接链接，发送数据，接收数据和断开连接等。

资料传输过程如下：PC端蓝牙设备扫描和配对其他蓝牙设备，以及用于肌肉无力的评估收到PC的指示并更改其状态，从而实现对应在PC和蓝牙模块之间。工作过程微控制器的蓝牙如图3，图4，图5所示，分别显示了主程序RTL8762C Realtek 蓝牙单芯片微控制器和与UART相关的子程序处理图。

图3. 蓝牙模块流程图

图4. 主程序流程图

（a）主程序流程图；（b）初始化模块

图5. UART设置

RTL8762C Realtek 蓝牙单芯片微控制器和PC的蓝牙模块都应在测量之前先进行配对。AD的采样率为20Hz，波特率为115200 bps。数据被过滤并通过PC的平滑算法进行平滑。如图6所示，整体设计符合要求。

图6. 显示了该设备的测量结果

五、结论

本文讨论及评估肌痛的便携式设备，采用低功耗，高性能RTL8762C Realtek 蓝牙单芯片微控制器，充分发挥了RTL8762C Realtek 蓝牙单芯片微控制器与外围设备的优势资源丰富，功耗低，方便的软件开发环境等等。蓝牙无线技术摆脱了电力线和信号线的移动限制。对患有肌肉张力低下而行动不便的人具有重大的研究意义。目前，研究表明蓝牙技术用于医疗设备的设备仍处于起步阶段，但是它将具有广阔的应用前景。