В 2000 году число людей в возрасте 60 лет и старше во всем мире составляло 600 миллионов человек. Ожидается, что к 2020 году эта цифра удвоится, а к 2050 году может утроиться. Более 600 миллионов человек во всем мире страдают от хронических заболеваний, и, по данным Американской диабетической ассоциации, только в США диабетом болеют почти 21 миллион человек — примерно 7% населения. Расходы на здравоохранение, связанные с этими заболеваниями, резко возросли, и эксперты прогнозируют, что к 2020 году они вырастут с 500 миллиардов долларов в год до почти 700 миллиардов долларов.
Таким образом, обществу необходимо внедрять технологические достижения для снижения затрат и улучшения качества жизни, как в повседневном управлении хроническими заболеваниями, такими как диабет, так и в обеспечении возможности пожилым людям жить независимо как можно дольше.
Технологический прогресс, оказывающий наибольшее потенциальное влияние на хронические заболевания и уход за пожилыми людьми, заключается в развитии связи. Возможность мгновенной передачи персональных медицинских данных с домашнего диагностического устройства медицинскому работнику позволит сэкономить средства и обеспечить более детальный анализ состояния пациента. Использование современных средств связи, как проводных, так и беспроводных, иногда называемых электронным здравоохранением или телемедициной, представляет собой значительный шаг вперед в борьбе за улучшение здравоохранения и снижение его стоимости. Однако создание экосистемы электронного здравоохранения потребует совместимости на основе набора отраслевых рекомендаций и должно быть внедрено во всем мире.
С этой целью компания Renesas Electronics стала членом альянса Continua Health Alliance, который разрабатывает всеобъемлющий набор рекомендаций для формирующейся экосистемы электронного здравоохранения. Renesas Electronics также разработала сертифицированную демонстрационную платформу для мониторинга уровня глюкозы в крови, которая использует маломощный 32-битный микроконтроллер V850ES/JG3-L и необходимые профили Continua для обеспечения бесшовной совместимости.
Continua Health Alliance — это открытая некоммерческая отраслевая организация, объединяющая медицинские и технологические компании, сотрудничающие для повышения качества персонализированного здравоохранения. Объединяя более 240 компаний-членов по всему миру, Continua стремится создать систему совместимых, взаимосвязанных решений для персонального здравоохранения, признавая, что внедрение таких решений в домашних условиях способствует независимости, расширяет возможности людей и предоставляет возможность для действительно персонализированного управления здоровьем и благополучием.
Хотя добавление возможностей подключения сделает диагностические устройства пригодными для электронного здравоохранения, ключом к успешной разработке по-прежнему остается выбор микроконтроллеров, с добавлением радиочастотных приемопередатчиков, которые могут быть интегрированы в микроконтроллер или могут быть автономными внешними устройствами.
Для разработки устройства для мониторинга уровня глюкозы в крови важно, чтобы микроконтроллер отвечал следующим ключевым требованиям:
- Аналого-цифровое преобразование для входных сигналов датчиков
- Цифро-аналоговое преобразование для аудиовыхода
- Поддержка пользовательского интерфейса для ЖК-дисплея
- Поддержка периферийных устройств USB 2.0
- Поддержка DMA для передачи данных между периферийными устройствами и памятью
- Аппаратные счетчики и таймеры (например, супервизорный таймер, часы реального времени и таймеры) для управления захватом и генерацией аналоговых сигналов
- Малые размеры корпусов, таких как WQFN и FBGA
- Высококачественная, защищенная флэш-память с кодированием коррекции ошибок
Микроконтроллер V850ES/JG3-L с USB-подключением — это 32-разрядный микроконтроллер, способный обеспечивать производительность 38 DMIPS (версия 2.1) при рабочей частоте 20 МГц и оснащенный флэш-памятью объемом от 256 КБ до 1 МБ. Он обеспечивает низкое энергопотребление в компактном корпусе (8x8 мм FBGA) и обладает вычислительной мощностью, необходимой для медицинских диагностических устройств, таких как устройство для мониторинга уровня глюкозы в крови.
Пакет периферийных устройств обширен и включает в себя аппаратное обеспечение управления системой, аналоговую электронику, таймеры и коммуникационное оборудование. Функции управления системой включают функцию управления шиной, которая управляет универсальными портами ввода-вывода, четырехканальный контроллер прямого доступа к памяти (DMAC) для обработки как внутренних, так и внешних запросов на передачу данных, а также контроллер режима ожидания, который управляет семью режимами работы с низким энергопотреблением. Аналоговые функции включают двенадцать каналов 10-битных аналого-цифровых преобразователей с минимальным временем преобразования 5 мкс и двухканальный цифро-аналоговый преобразователь с 8-битным разрешением и минимальным временем преобразования 3 мкс. Что касается функций таймеров, то он имеет три универсальных 16-битных таймера/счетчика, каждый с несколькими каналами, супервизорный таймер, который может перезагрузить систему или сгенерировать прерывание в случае перегрузки, генератор тактовых сигналов, который создает различные тактовые сигналы, используемые ЦП и периферийными устройствами, и часы реального времени (RTC) для определения времени и даты.
Критически важным аспектом проектирования устройств для мониторинга уровня глюкозы в крови является минимизация энергопотребления для увеличения срока службы батареи и обеспечения точности измерений. Если срок службы батареи слишком короткий, пользователь может пропустить запланированное измерение, поскольку ему придется заряжать или заменять батарею. В V850ES/JG3-L используется технология с низким энергопотреблением и оптимизированная архитектура питания, что обеспечивает исключительно низкое потребление тока без ущерба для производительности. V850ES/JG3-L
имеет несколько режимов работы с низким энергопотреблением, которые позволяют еще больше снизить энергопотребление и продлить срок службы батареи. К этим режимам относятся:
- HALT: Останавливается только тактовая частота процессора; периферийные устройства остаются активными.
- IDLE1: Останавливаются все внутренние схемы, кроме генератора, ФАПЧ и флэш-памяти.
- IDLE2: Останавливаются все внутренние схемы, кроме генератора.
- STOP: Останавливаются все внутренние схемы, кроме вторичного генератора тактовой частоты.
- Резервное питание RTC: Часы реального времени (RTC) продолжают использовать тактовую частоту 32 кГц, используя ток, подаваемый резервным напряжением на RVDD. Энергопотребление в этом режиме еще ниже, чем в режиме STOP.
Для облегчения оценки микроконтроллера V850 и профиля Continua компания Renesas Electronics разработала демонстрационную платформу для сертифицированного по стандарту Continua устройства для мониторинга уровня глюкозы в крови. Плата DM-V850ES-JG3LUSB-CD включает в себя USB-микроконтроллер V850ES/JG3-L, двухстрочный ЖК-дисплей на стекле (COG), четыре кнопки, порт регулировки и разъем для имитации тест-полоски для измерения уровня глюкозы в крови. Эта плата демонстрирует USB-подключение к драйверу PHDC (Personal Healthcare Device) путем реализации стандарта Continua для устройства мониторинга уровня глюкозы в крови. Эта реализация включает стандарт IEEE 11073-10417 для мониторинга уровня глюкозы и стандарт IEEE 11073-20601 для связи между агентом Continua и менеджером Continua. Сертифицированная по стандарту Continua демонстрационная версия использует передачу данных по USB. Демонстрационная плата имитирует измерение уровня глюкозы в крови с помощью переменного резистора и позволяет пользователю:
- Имитация показаний и сохранение данных в энергонезависимой памяти.
Считывание имитированного входного сигнала нажатием
кнопки.
Использование эмуляции EEPROM для
хранения данных.
- Совместимость с любыми данными, которые может запросить менеджер непрерывного измерения уровня глюкозы.
ЖК-дисплей показывает, что
связь активна, до
ее завершения.
Передача активируется нажатием
кнопки.
- Отображение текущего измерения для различных режимов и частот.
Нажатие кнопки позволяет переключаться
между различными режимами и отображать
текущее измерение.
- Прозрачная работа между USB и питанием от батареи.
При подключении USB-кабеля система
может питаться от
USB.
- Поддержка часов реального времени (RTC) и регистрации времени.
данных измерения
уровня глюкозы в крови
с течением
мониторинга в реальном времени.
- Поддержка разработки/отладки в качестве оценочной платформы.
Подключение платформы к
инструментам отладки и программирования
Renesas Minicube
позволяет оценивать и разрабатывать
всю систему.
Вкратце, Renesas Electronics — ведущий мировой поставщик 32-битных микроконтроллеров и активный член альянса Continua Health Alliance, а также одна из первых компаний, предложивших полностью сертифицированную Continua демонстрационную платформу для мониторинга уровня глюкозы в крови. В перспективе Renesas планирует предоставлять сертифицированные решения для медицинских платформ, использующие передовые микроконтроллеры с низкоэнергетическими беспроводными сетевыми стандартами, такими как Bluetooth, ZigBee и Wi-Fi, а также проводными стандартами USB и Ethernet.
Автор:
Статья предоставлена компанией Renesas
