Zephyr操作系统携手Neopenda可穿戴设备挽救新生儿生命

iot101君
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2016-12-22 15:10:54 来源: Zephyr

新生儿的健康问题越来越严重,随着物联网技术的发展,可穿戴设备以其低成本、低功耗、可网且更容易实施并推广,成为有效的解决方案。

在发展中国家,每年有4600万新生儿因为并发症需要特殊护理,300万新生儿因为抢救不及时而死亡,其中80%被世界卫生组织(WHO)认为是可预防或可治疗的。是什么原因使得发展中国家新生儿死亡率居高不下?据统计,在这些死亡案例中,34%是早产,24%是出生窒息,20%是感染,22%是其它原因。因此,在这些地区急需对新生儿提供高质量的医疗护理,而这些地区的医疗形式却十分严峻,医疗资源配置极低,医护人员和设备极度缺乏,患者数量众多,医院负担过重。为此,联合国可持续发展署制订了目标,到2030年,全面控制新生儿和5岁以下儿童可预防性死亡。

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图1:发展中国造成新生儿死亡的三大原因                   

随着物联网技术的发展,可穿戴设备以其低成本、低功耗、可网且更容易实施并推广,成为有效的解决方案。特别针对医疗资源极度匮乏的地区,创新的科技为新生儿提供了第一步的健康保证。毕业于哥伦比亚大学生物医学工程的Teresa Cauvel女士设计开发了一款用于新生儿医疗监测的设备Neopenda,可以实时监测新生儿的心率、呼吸率、血氧饱和度和体温,同时该设备可以通过无线方式连接至平板电脑,医护人员可以实时观察每个新生儿的健康状态,当新生儿遇险会及时提醒监护人,以确保新生儿得到及时救治。                

Neopenda设备的硬件采用Arduino开发板,软件采用Zephyr实时操作系统,配备测量各项指标所需要的传感器,如:脉搏传感器、LilyPad温度传感器和双LED光学传感器。Arduino以其成熟的设计方案让Neopenda降低设计风险,Zephyr操作系统以其内核小、可伸缩性和开源性帮助Neopenda快速实现各项新生儿生命体征的测量。Neopenda的早期原型采用Arduino主板及软件,目前接近商用化产品的设计包含Arduino 101 with Intel®Curie™, Zephyr内核及各种传感器。                 

英特尔居里模块的优势在于小体积、低成本、低功耗,板上设有12位AD转换器可以实现DSP精确测量;内置的蓝牙BLE、加速度计、陀螺仪传感器和模式匹配引擎,可用于可穿戴设备的二次开发。                   

Zephyr操作系统:小内核,低功耗,支持广泛的架构

Zephyr操作系统的一大特点就是内核很小,可在内存低至 8kB 的系统上运行,甚至可在 RAM 最小为 2KB 时运行,可以在内存受限的可穿戴设备上运行。Zephyr 内核能够将操作进程与裸机操作系统的其它进程进行分离,也称为微核和超微内核。超微内核负责所有基本操作任务,包括通过基于内部光纤的积压作业(backlog)执行任务。微核功能更强大,允许多任务处理和内存存储,但只在必要时使用,为复杂的传感器操作和通信提供多线程和中断服务。                      

作为开源系统,Zephyr操作系统支持多种架构,如ARC内核(DSP子系统)和X86主机芯片,其中X86芯片具有更大的RAM容量,满足复杂的BLE应用,提供丰富的驱动和传感器程序,如ADC、GPIO、I2C、SPI、UART、BLE等,全面支持Neopenda设备进行数据采集、数据处理和数据传输。               

全面的代码支持,加速设计进程

Zephyr SDK为设计者提供工具链,可以用于DSP子系统和X86主处理器的编译,编译器和工具链可以快速安装,有助于设计者节省开发时间。GDB调试器与DSP子系统和主处理器协调工作,调试时,Eclipse IDE和GDB一起运行。除此之外,Zephyr还针对BLE应用提供多种代码,开发者可以直接采用,无需重复设计代码,加速设计进程。                  

基于Zephyr操作系统的Neopenda监测实例

结合peripheral_hr示例代码展示Neopenda设备实时监测新生儿的四个生命体征。 

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图2:Neopenda设备监测流程                 

如图2所示,监测流程如下:

监测设备从脉搏传感器、温度传感器、脉搏血氧传感器采集获得对应数据,ARC核传感器子系统应用ADC驱动测量模拟输入;支持X86主机芯片的Zephyr系统将经过处理的数据显示到对应的界面上,用户可以在APP端监测测量结果。              

脉搏和血氧监测结果:

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安卓系统监测界面:  

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尽管还有一些需要改进的地方,Neopenda设备已经在乌干达开始规划及试用研究,未来会扩展到东非以及全世界医护资源匮乏的发展中国家,Zephyr将会一直助力Neopenda项目的设计、改进、完善,为挽救新生儿生命做出贡献。

关于Zephyr项目

Zephyr 项目是一款小型且可扩展的操作系统,尤其适用于资源受限的硬件系统,可支持多种架构;该系统高度开源,对于开发人员社区完全开放,开发人员可根据需要对该系统进行二次开发,以支持最新硬件、工具和设备驱动程序;该系统高度模块化平台,可轻松集成任何架构的第三方库和嵌入式设备。             

关于Neopenda:

Neopenda是一款可穿戴设备,用于监测新生儿的四项生命体征:心率、呼吸率、血氧饱和度和体温,设备可以通过无线方式连接至平板电脑,医护人员可以实时观察每个新生儿的健康状态,当新生儿遇险会及时提醒监护人。                       

Neopenda的联合创始人兼首席技术官是Teresa Cauvel女士,毕业于哥伦比亚大学生物医学工程。她于2015年初在哥伦比亚大学的研究生课程开始研发Neopenda,2015年8月成立公司并首次赴乌干达,参与了2015年至2016年健康加速器项目。

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