嵌入式生理參數(shù)監(jiān)測(cè)儀的設(shè)計(jì)

張弦　艾信友　周進(jìn)　吳凡

摘 要：本文采用嵌入式微處理器STC89C52創(chuàng)作了一種便攜式生理參數(shù)監(jiān)測(cè)儀。系統(tǒng)包括心率檢測(cè)模塊、體溫檢測(cè)模塊和血氧飽和度檢測(cè)模塊三大部分。該系統(tǒng)能及時(shí)方便的檢測(cè)心率、體溫和血氧飽和度等生理參數(shù)。在保健及醫(yī)療中具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：嵌入式；生理參數(shù)；監(jiān)測(cè)儀；單片機(jī)

1 前言

心率、體溫、血氧飽和度是人體的基本生理參數(shù)。便攜式的生理參數(shù)監(jiān)測(cè)儀體積小、操作簡(jiǎn)單且快捷，適用于家庭應(yīng)用。89C52是典型的嵌入式微控制器，本次設(shè)計(jì)采用了89C52作為監(jiān)護(hù)儀的核心單元來完成多參數(shù)的監(jiān)測(cè)。生理參數(shù)監(jiān)測(cè)儀由信號(hào)監(jiān)測(cè)單元和單片機(jī)信號(hào)處理單元構(gòu)成，前者通過傳感器監(jiān)測(cè)各種生理信號(hào)，并進(jìn)行放大濾波等處理。后者完成信號(hào)的采樣、處理、傳輸、顯示及系統(tǒng)控制。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由心率、體溫、血氧飽和度三個(gè)模塊組成，各模塊相對(duì)獨(dú)立。通過傳感器接收生理信號(hào)，經(jīng)放大濾波后，送入單片機(jī)進(jìn)行控制并顯示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

3 硬件設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)包括心率、體溫、血氧飽和度三個(gè)模塊。

3.1 心率模塊

通過TCRT5000光電傳感器，從指間獲得一個(gè)2～5毫伏的心電信號(hào)，調(diào)理到10V左右作為計(jì)數(shù)器的輸入脈沖。經(jīng)過兩級(jí)放大、反相后得到跟輸入波形同相、且放大的波形。由于放大后的波形是一個(gè)交流信號(hào)，而單片機(jī)需要的是單方向的直流脈沖信號(hào)。所以需經(jīng)過檢波后變成單方向的直流脈沖信號(hào)，并把檢波后的信號(hào)送到RC兩階濾波電路濾除放大后的干擾信號(hào)，然后進(jìn)行電壓比較輸出一個(gè)反應(yīng)心跳頻率的脈沖信號(hào)，進(jìn)入STC89C52單片機(jī)處理并顯示。具體結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

3.2 體溫模塊

體溫監(jiān)測(cè)采用的是一種可編程溫度傳感器，無(wú)需復(fù)雜的信號(hào)處理電路和AD轉(zhuǎn)換電路就直接與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理，電路十分簡(jiǎn)單。它能快速又準(zhǔn)確地測(cè)量人體體溫，與傳統(tǒng)的水銀玻璃體溫計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測(cè)量時(shí)間短，無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。

3.3 血氧模塊

血氧監(jiān)測(cè)通過光電檢測(cè)傳感器采集透射過血液組織中脈動(dòng)光強(qiáng)信號(hào)，經(jīng)過固定增益放大和濾波后送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得出血氧飽和度值。無(wú)創(chuàng)血氧飽和度的探頭是由兩個(gè)不同波長(zhǎng)（紅光、紅外光）的發(fā)光二極管、一個(gè)光電接收器組成。具體結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

4 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主程序控制單片機(jī)系統(tǒng)按預(yù)定的操作方式運(yùn)行， 它是單片機(jī)系統(tǒng)程序的框架。系統(tǒng)上電后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。系統(tǒng)初始化之后， 進(jìn)行定時(shí)器中斷、外部中斷、顯示數(shù)據(jù)等工作，不同的外部硬件控制不同的子程序。主程序流程圖如圖4所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的嵌入式生理參數(shù)監(jiān)測(cè)儀，可以直接將心率、體溫、血氧飽和度三個(gè)模塊測(cè)得的數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)并顯示出來。該系統(tǒng)可以使病人及時(shí)方便的檢測(cè)生理參數(shù)。該系統(tǒng)具有攜帶方便、操作簡(jiǎn)單、成本低、體積小等優(yōu)點(diǎn)。在保健及醫(yī)療中具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]何慶華，吳寶明等.基于單片機(jī)的便攜式生命參數(shù)監(jiān)護(hù)儀的設(shè)計(jì)[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2003（11）.

[2]程光，趙崇侃.指動(dòng)脈搏動(dòng)波光電傳感器的研制[J].南京醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，1991（4）.

[3]王保華.生物醫(yī)學(xué)測(cè)量與儀器[M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2009.

[4]鄭親愷.現(xiàn)在醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)原理[M].北京：科學(xué)出版社，2004.