基于TMS320DM368处理器的便携式内窥镜视频系统的电路设计

周文光，王春飞，许新建，孔悦

厦门大学附属成功医院（中国人民解放军第一七四医院），福建 厦门361003

基于TMS320DM368处理器的便携式内窥镜视频系统的电路设计

周文光，王春飞，许新建，孔悦

厦门大学附属成功医院（中国人民解放军第一七四医院），福建 厦门361003

目的设计一种便携式内窥镜视频系统的控制电路。方法以TMS320DM368处理器为主控制器，嵌入式Linux为操作系统，利用MT9P301图像传感器采集图像。通过视频输入及输出电路、存储单元电路、按键显示电路、LED照明电路、WIFI电路等把获得的图像显示在LCD上，并通过WIFI同步显示在HDTV上。系统采用锂电池进行供电，并可通过市电或太阳能进行充电。结果经过临床测试，该电路可实现内窥镜视频系统图像的拍摄、缩放、存储、传输等功能。结论电路性能稳定，功耗低、自我续航能力强，可满足便携式内镜视频系统的运需求。

内窥镜视频系统；TMS320DM368处理器；电源管理电路；视频输入电路；视频输出电路

0 前言

内窥镜视频系统作为常见的医疗设备，广泛运用于门诊检查、各种内窥镜临床手术中[1]。传统内窥镜视频系统主要由监视器、各种软硬镜、摄像头、导光束、数字信号处理器、独立的冷光源等通过台车组合而成，整个系统庞大笨重，不适用于耳鼻喉科的一些小型内窥镜手术；在机动医疗和野战医疗中，医务人员在使用前要连接各种数据线，使用效率低；离开市电无法工作[2]。

基于上述情况，我院针对便携式内窥镜视频系统设计了一种控制电路，把电源管理电路、视频输入电路、视频输出电路、存储单元电路、冷光源电路等和液晶显示器进行一体化设计，集成在内窥镜视频系统手持主机上。整个电路外观尺寸小，重量轻；采用高分子散热材料，散热及时，系统温度稳定，电路性能稳定；液晶显示屏为3.5英寸LCD，支持JPG格式的图片和H.264格式的视频，数据压缩比高，可通过USB2.0和HDMI接口转移图片至外接显示器上，通过网络实现远程医疗；存储介质为Micro SD卡，最大支持32 GB。整个内窥镜视频系统功耗仅为6 W，采用可充电锂聚合物电池，额定电压为3.7 V，容量为1200 mAh，可连续工作＞4 h，并可采用市电或太阳能进行充电，非常适合机动医疗和野战医疗[3]。

1 电路设计过程

系统采用的数字多媒体处理器为集成了DSP和ARM9双核结构的TMS320DM368，可通过DSP处理音频和视频编码，ARM9处理非成像功能。TMS320DM368的CMOS可编程接口便于处理CMOS数据，且带有预览引擎，能够对CMOS数据的图像进行增强，且能够自动实现白平衡和各种尺寸的缩放功能[4]。控制电路框图，见图1。

图1 控制电路框图

1.1 电源管理电路

电源管理芯片采用TPS70302，支持双通道输出，回动电压低，稳定性高；+3.3 V稳压芯片采用TPS76318[5]。市电经过整流变压输出+5 V的电压，加在PCOMS开关管Q8000，当拨动开关JSW8000在1和2之间拨动时，Q8000的1脚为低电平，则2脚和3脚导通，再经过电容和电感滤波输出稳定的+5 V电压，供给其他电路。+5 V控制电路图，见图2。

通过+5 V供电，将电容C8001和C8002加到TPS70302的VIN1A、VIN1B和VIN2A、VIN2B端，输出端VOUT1A和VOUT1B相接经R8010和R8013分压、C8006滤波输出+1.8 V的电压用于供电处理器供电；输出端VOUT2A和VOUT2B相接经R8011和R8012分压、各种电容滤波后输出+3.3 V，用于视频芯片供电，VSENSE2端采集电压进行反馈调节。供电电路图，见图3。

为了避免各个芯片供电间相互干扰，采用低稳压芯片TPS76318稳压输出+3.3 V电压，用于内存处理芯片供电[6]。内存处理芯片供电电路图，见图4。

针对野战医疗的特殊环境，为了提高整个视频系统的便携性，本系统采用1200 mA锂电池进行供电，可以让整个系统在无市电的情况下连续工作＞4 h。可以通过市电进行整流变压输出+5 V电压为锂电池充电，也可以通过USB接口为锂电池供电和充电[7]，还可以通过太阳能电池板和太阳能适配器为锂电池进行太阳能充电。USB充电电路图，见图5。

图2 +5 V控制电路图

图3 供电电路图

图4 内存处理芯片供电电路图

图5 USB充电电路图

1.2 视频输入电路

视频输入电路采用的图像传感器为MT9P301，具有500万像素，输出12 bit的Bayer RGB格式数据，体积小、重量轻、工作电压低、抗冲击与震动强、性能稳定且响应速度快。CMOS供电电路采用的主芯片是直流-直流转化器MAX685，其LXN端经过稳压管D13000输出+15 V电压，FBN端经R13005和电位器VR13001输出-7.5 V电压。+5 V电压经过最低压降稳压器TPS7133，通过P0口经R13008、电感LC13000输出+3.3 V电压。COMS供电电路图，见图6。

1.3 视频输出电路和按键电路

视频输出采用的是3.5英寸的LCD，分辨率为480×640，采用+5 V供电。视频输出接口电路图，见图7。

图6 COMS供电电路

图7 视频输出接口电路图

按键显示电路开关管采用PCMOS管，当SW7001按下时，LED2输出高电平，PCMOS管Q7000导通，LED7000亮；同理，当SW7002按下时，LED7001亮；当SW7003按下时，LED7002亮。按键显示电路图，见图8。

图8 按键显示电路图

1.4 存储电路和视频解码电路

存储电路采用的芯片为K4S281632C，采用3.3 V供电，抗噪能力强。视频解码电路采用的芯片为TVP5051，功耗超低，支持NTSC/PAL/SECAM等格式的高性能视频解码器，且功耗仅为115 mW[8-9]。

1.5 WIFI模块电路

WIFI模块电路采用的芯片为RTL8192，可提供图像无线传输功能，具有符合IEEE 802.11n规范的无线局域网（WLAN）的USB 2.0网络接口控制器，具有可设置的双MAC功能,支持2T2R基带和2.4 GHz/5 GHz频段，采用802.11i和802.11e标准的WAPI（无线局域网认证保密基础结构），安全性高，传输率可达54 Mb/s[10]。

2 系统操作方法

基于TM320DM368处理器的便携式内窥镜视频系统的电路操作简单、稳定性高、性能参数优越。整体设计图，见图9。

图9 便携式内窥镜视频系统整体设计图

便携式内窥镜视频系统的操作方法：在关闭状态下，按下电源开关键开启视频系统，在LCD上显示拍摄界面，通过光学接口连接所需的各种内窥镜；拍照时选择拍照按键，要录像时选择视频按键；按下旋转按钮进入图像处理界面，通过旋转按钮可以选择曝光参数，观看拍摄图像。MICROSD卡接口用来放置MICROSD卡，最高扩展内存为32 G，用来存放图像。照明单元接口用来连接LED灯，给内窥镜提供光源。USB2.0接口可用于图像导出或系统充电。

3 临床测试

便携式内窥镜视频系统已在30例门诊检查患者、30例住院部会诊检查患者、20例耳鼻喉等科室小型内窥镜手术患者的诊断中得以应用，医务人员反映良好。整个主机性能稳定、运行速度快、功耗低，所得图像清晰，各项参数优于行业标准。

4 小结

基于TM320DM368处理器的便携式内窥镜视频系统控制电路，实现了视频系统的运行，图像拍摄、存储、传输等功能，性能稳定，功耗低，自我续航能力强，可满足机动医疗和野战医疗的需求。

[1] 郑璐,梁平,李靖,等．肝胆外科腹腔镜手术教学体会[J]．局解手术学杂志,2008,17(3):192．

[2] 包景川,衣国,张庆泉．鼻内窥镜下行鼓膜置管术40例临床分析[J]．山东大学基础医学院学报,2005,19(3):148．[3] 张育圭．LEICA-MS-2手术显微镜视频系统故障检修[J]．中国医疗设备,2010,25(12):126．

[4] 杨夕霞．胶囊内窥镜在胃肠道疾病中的应用[J]．西藏医药杂志, 2011,32(3):35-37．

[5] 刘洋,郑小林,李冰．内窥镜立体视觉的实现[J]．北京生物医学工程,2003,22(3):187-190．

[6] 毛燕正．电子内窥镜的常见故障解析及防范措施[J]．中国医疗设备,2013,28(6):143-144．

[7] 叶良,王晓幸,蔡显锋,等．检影镜数字化视频系统的研制[J]．中华眼视光学与视觉科学杂志,2010,12(6):448-450．

[8] 杨文亮．远程会诊系统中的视频处理技术[D]．西安:西安交通大学,2000．

[9] 王培珍,徐俊生．基于ARM9的嵌入式Linux图像采集系统设计[J]．中国制造业信息化,2007,36(19):85-88．

[10] 刘建青,黄平．无线胶囊内窥镜CMOS摄像模块的设计与制作[J]．现代制作工程,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，主任技师。

孔悦，副主任护师。

作者邮箱：zhouwgsun@126．com