基于TMS320DM368處理器的便攜式內窺鏡視頻系統的電路設計

周文光，王春飛，許新建，孔悅

廈門大學附屬成功醫院（中國人民解放軍第一七四醫院），福建 廈門361003

基于TMS320DM368處理器的便攜式內窺鏡視頻系統的電路設計

周文光，王春飛，許新建，孔悅

廈門大學附屬成功醫院（中國人民解放軍第一七四醫院），福建 廈門361003

目的設計一種便攜式內窺鏡視頻系統的控制電路。方法以TMS320DM368處理器為主控制器，嵌入式Linux為操作系統，利用MT9P301圖像傳感器采集圖像。通過視頻輸入及輸出電路、存儲單元電路、按鍵顯示電路、LED照明電路、WIFI電路等把獲得的圖像顯示在LCD上，并通過WIFI同步顯示在HDTV上。系統采用鋰電池進行供電，并可通過市電或太陽能進行充電。結果經過臨床測試，該電路可實現內窺鏡視頻系統圖像的拍攝、縮放、存儲、傳輸等功能。結論電路性能穩定，功耗低、自我續航能力強，可滿足便攜式內鏡視頻系統的運需求。

內窺鏡視頻系統；TMS320DM368處理器；電源管理電路；視頻輸入電路；視頻輸出電路

0 前言

內窺鏡視頻系統作為常見的醫療設備，廣泛運用于門診檢查、各種內窺鏡臨床手術中[1]。傳統內窺鏡視頻系統主要由監視器、各種軟硬鏡、攝像頭、導光束、數字信號處理器、獨立的冷光源等通過臺車組合而成，整個系統龐大笨重，不適用于耳鼻喉科的一些小型內窺鏡手術；在機動醫療和野戰醫療中，醫務人員在使用前要連接各種數據線，使用效率低；離開市電無法工作[2]。

基于上述情況，我院針對便攜式內窺鏡視頻系統設計了一種控制電路，把電源管理電路、視頻輸入電路、視頻輸出電路、存儲單元電路、冷光源電路等和液晶顯示器進行一體化設計，集成在內窺鏡視頻系統手持主機上。整個電路外觀尺寸小，重量輕；采用高分子散熱材料，散熱及時，系統溫度穩定，電路性能穩定；液晶顯示屏為3.5英寸LCD，支持JPG格式的圖片和H.264格式的視頻，數據壓縮比高，可通過USB2.0和HDMI接口轉移圖片至外接顯示器上，通過網絡實現遠程醫療；存儲介質為Micro SD卡，最大支持32 GB。整個內窺鏡視頻系統功耗僅為6 W，采用可充電鋰聚合物電池，額定電壓為3.7 V，容量為1200 mAh，可連續工作＞4 h，并可采用市電或太陽能進行充電，非常適合機動醫療和野戰醫療[3]。

1 電路設計過程

系統采用的數字多媒體處理器為集成了DSP和ARM9雙核結構的TMS320DM368，可通過DSP處理音頻和視頻編碼，ARM9處理非成像功能。TMS320DM368的CMOS可編程接口便于處理CMOS數據，且帶有預覽引擎，能夠對CMOS數據的圖像進行增強，且能夠自動實現白平衡和各種尺寸的縮放功能[4]。控制電路框圖，見圖1。

圖1 控制電路框圖

1.1 電源管理電路

電源管理芯片采用TPS70302，支持雙通道輸出，回動電壓低，穩定性高；+3.3 V穩壓芯片采用TPS76318[5]。市電經過整流變壓輸出+5 V的電壓，加在PCOMS開關管Q8000，當撥動開關JSW8000在1和2之間撥動時，Q8000的1腳為低電平，則2腳和3腳導通，再經過電容和電感濾波輸出穩定的+5 V電壓，供給其他電路。+5 V控制電路圖，見圖2。

通過+5 V供電，將電容C8001和C8002加到TPS70302的VIN1A、VIN1B和VIN2A、VIN2B端，輸出端VOUT1A和VOUT1B相接經R8010和R8013分壓、C8006濾波輸出+1.8 V的電壓用于供電處理器供電；輸出端VOUT2A和VOUT2B相接經R8011和R8012分壓、各種電容濾波后輸出+3.3 V，用于視頻芯片供電，VSENSE2端采集電壓進行反饋調節。供電電路圖，見圖3。

為了避免各個芯片供電間相互干擾，采用低穩壓芯片TPS76318穩壓輸出+3.3 V電壓，用于內存處理芯片供電[6]。內存處理芯片供電電路圖，見圖4。

針對野戰醫療的特殊環境，為了提高整個視頻系統的便攜性，本系統采用1200 mA鋰電池進行供電，可以讓整個系統在無市電的情況下連續工作＞4 h。可以通過市電進行整流變壓輸出+5 V電壓為鋰電池充電，也可以通過USB接口為鋰電池供電和充電[7]，還可以通過太陽能電池板和太陽能適配器為鋰電池進行太陽能充電。USB充電電路圖，見圖5。

圖2 +5 V控制電路圖

圖3 供電電路圖

圖4 內存處理芯片供電電路圖

圖5 USB充電電路圖

1.2 視頻輸入電路

視頻輸入電路采用的圖像傳感器為MT9P301，具有500萬像素，輸出12 bit的Bayer RGB格式數據，體積小、重量輕、工作電壓低、抗沖擊與震動強、性能穩定且響應速度快。CMOS供電電路采用的主芯片是直流-直流轉化器MAX685，其LXN端經過穩壓管D13000輸出+15 V電壓，FBN端經R13005和電位器VR13001輸出-7.5 V電壓。+5 V電壓經過最低壓降穩壓器TPS7133，通過P0口經R13008、電感LC13000輸出+3.3 V電壓。COMS供電電路圖，見圖6。

1.3 視頻輸出電路和按鍵電路

視頻輸出采用的是3.5英寸的LCD，分辨率為480×640，采用+5 V供電。視頻輸出接口電路圖，見圖7。

圖6 COMS供電電路

圖7 視頻輸出接口電路圖

按鍵顯示電路開關管采用PCMOS管，當SW7001按下時，LED2輸出高電平，PCMOS管Q7000導通，LED7000亮；同理，當SW7002按下時，LED7001亮；當SW7003按下時，LED7002亮。按鍵顯示電路圖，見圖8。

圖8 按鍵顯示電路圖

1.4 存儲電路和視頻解碼電路

存儲電路采用的芯片為K4S281632C，采用3.3 V供電，抗噪能力強。視頻解碼電路采用的芯片為TVP5051，功耗超低，支持NTSC/PAL/SECAM等格式的高性能視頻解碼器，且功耗僅為115 mW[8-9]。

1.5 WIFI模塊電路

WIFI模塊電路采用的芯片為RTL8192，可提供圖像無線傳輸功能，具有符合IEEE 802.11n規范的無線局域網（WLAN）的USB 2.0網絡接口控制器，具有可設置的雙MAC功能,支持2T2R基帶和2.4 GHz/5 GHz頻段，采用802.11i和802.11e標準的WAPI（無線局域網認證保密基礎結構），安全性高，傳輸率可達54 Mb/s[10]。

2 系統操作方法

基于TM320DM368處理器的便攜式內窺鏡視頻系統的電路操作簡單、穩定性高、性能參數優越。整體設計圖，見圖9。

圖9 便攜式內窺鏡視頻系統整體設計圖

便攜式內窺鏡視頻系統的操作方法：在關閉狀態下，按下電源開關鍵開啟視頻系統，在LCD上顯示拍攝界面，通過光學接口連接所需的各種內窺鏡；拍照時選擇拍照按鍵，要錄像時選擇視頻按鍵；按下旋轉按鈕進入圖像處理界面，通過旋轉按鈕可以選擇曝光參數，觀看拍攝圖像。MICROSD卡接口用來放置MICROSD卡，最高擴展內存為32 G，用來存放圖像。照明單元接口用來連接LED燈，給內窺鏡提供光源。USB2.0接口可用于圖像導出或系統充電。

3 臨床測試

便攜式內窺鏡視頻系統已在30例門診檢查患者、30例住院部會診檢查患者、20例耳鼻喉等科室小型內窺鏡手術患者的診斷中得以應用，醫務人員反映良好。整個主機性能穩定、運行速度快、功耗低，所得圖像清晰，各項參數優于行業標準。

4 小結

基于TM320DM368處理器的便攜式內窺鏡視頻系統控制電路，實現了視頻系統的運行，圖像拍攝、存儲、傳輸等功能，性能穩定，功耗低，自我續航能力強，可滿足機動醫療和野戰醫療的需求。

[1] 鄭璐,梁平,李靖,等．肝膽外科腹腔鏡手術教學體會[J]．局解手術學雜志,2008,17(3):192．

[2] 包景川,衣國,張慶泉．鼻內窺鏡下行鼓膜置管術40例臨床分析[J]．山東大學基礎醫學院學報,2005,19(3):148．[3] 張育圭．LEICA-MS-2手術顯微鏡視頻系統故障檢修[J]．中國醫療設備,2010,25(12):126．

[4] 楊夕霞．膠囊內窺鏡在胃腸道疾病中的應用[J]．西藏醫藥雜志, 2011,32(3):35-37．

[5] 劉洋,鄭小林,李冰．內窺鏡立體視覺的實現[J]．北京生物醫學工程,2003,22(3):187-190．

[6] 毛燕正．電子內窺鏡的常見故障解析及防范措施[J]．中國醫療設備,2013,28(6):143-144．

[7] 葉良,王曉幸,蔡顯鋒,等．檢影鏡數字化視頻系統的研制[J]．中華眼視光學與視覺科學雜志,2010,12(6):448-450．

[8] 楊文亮．遠程會診系統中的視頻處理技術[D]．西安:西安交通大學,2000．

[9] 王培珍,徐俊生．基于ARM9的嵌入式Linux圖像采集系統設計[J]．中國制造業信息化,2007,36(19):85-88．

[10] 劉建青,黃平．無線膠囊內窺鏡CMOS攝像模塊的設計與制作[J]．現代制作工程,2010,25(3):64-67．

Circuit Design of the Portable Endoscope Video System Based on TMS320DM368 Processor

ZHOU Wen-guang, Wang Chun-fei, XU Xin-jian, KONG Yue
Chenggong Hospital Affiliated to Xiamen University (The 174thHospital of PLA) , Xiamen Fujian 361003, China

ObjectiveTo design a control circuit for the portable endoscope video system.MethodsThe control circuit which can collect images through MT9P301 imaging sensor was designed with TMS320DM368 processor as its main controller and embedded Linux as its operating system. Then the collected images would be displayed on LCD through video input circuit, video output circuit, memory circuit, key display circuit, LED lighting circuit, WIFI circuit and then would be displayed synchronously in HDTV through WIFI. The video system whose power supply was a lithium battery can be powered through electric supply or solar energy.ResultsClinical tests proved that various functions including image shoot, image resizing, image storage and image transmission of endoscope video system can be implemented with the control circuit.ConclusionThe circuit with stable performance, low power dissipation and long battery life can meet the using requirements of the portable endoscopic video system.

endoscope video system; TMS320DM368 processor; power management circuit; video input circuit; video output circuit

TH776；TP273

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.07.009

1674-1633(2014)07-0029-03

2013-09-06

2013-11-04

本文作者：周文光，主任技師。

孔悅，副主任護師。

作者郵箱：zhouwgsun@126．com