智能健康監(jiān)護(hù)儀的研究畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘　　要</b></p><p>　　隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)健康保健和常規(guī)檢查越來(lái)越重視。而且社會(huì)老齡化的不斷加劇，老年人健康問(wèn)題也成為了深受社會(huì)關(guān)注的問(wèn)題。但是目前的醫(yī)療設(shè)施水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會(huì)需求。因此，研究一種新的醫(yī)療設(shè)備勢(shì)在必行。智能健康監(jiān)護(hù)儀就成為解決上述問(wèn)題的有效途徑。本文研究的智能健康監(jiān)護(hù)儀可以實(shí)現(xiàn)對(duì)病人血壓、體溫、心電、心音、脈搏等參數(shù)

2、的實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)，具有良好的可擴(kuò)展性和靈活性。</p><p>　　本智能健康監(jiān)護(hù)儀可對(duì)多項(xiàng)人體生理參數(shù)（體溫、血壓、脈搏、心電、心音）進(jìn)行采集和分析，從中得到關(guān)于用戶健康狀況的信息。同時(shí)，本系統(tǒng)還可通過(guò)多種接口將信息傳送至PC，并可以通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)將信息發(fā)送至手機(jī)等移動(dòng)式設(shè)備。本產(chǎn)品擴(kuò)展性強(qiáng)、便攜、易用，在個(gè)人保健等方面有較好的發(fā)展前景。</p><p>　　本文研發(fā)的智能健康監(jiān)護(hù)儀克服了傳統(tǒng)監(jiān)

3、護(hù)儀體積大、附件多、有線檢測(cè)傳輸方式、組網(wǎng)不方便、檢測(cè)參數(shù)單一等缺點(diǎn)。其主要功能包括人體血壓、心率、體溫、脈搏、心音等生理參數(shù)的檢測(cè)和顯示，并提供無(wú)線接口，用戶可以轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)護(hù)儀上傳的健康數(shù)據(jù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：監(jiān)護(hù)儀；3G網(wǎng)絡(luò)；生理參數(shù)；心音測(cè)量；檢測(cè)傳輸</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Wi

4、th the continuous improvement of living standards, people pay more attention to the health and regular examination . And the growing aging society, the elderly health problems have become a popular social concerns. Howev

5、er, the current level of health care facilities can not satisfy the needs of society. Therefore, the study of a new medical equipment is imperative. Intelligent health monitor has become an effective way to resolve these

6、 issues. In this paper, intelligent health monitor allows </p><p>　　Keywords: Monitor; 3G network; physiological parameters; heart sound measurement; </p><p>　　test transmission</p><p

7、><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引言1</b></p><p>　　1 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀3</p><p>　　1.1國(guó)內(nèi)的研究和開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀3</p><p>　　1.2國(guó)外的研究和開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀3</p><p>　　1.3本文的主要工

8、作和研究?jī)?nèi)容4</p><p>　　2智能健康監(jiān)護(hù)儀的總體設(shè)計(jì)方案5</p><p><b>　　2.1功能描述5</b></p><p>　　2.2總體設(shè)計(jì)方案5</p><p>　　2.3智能健康監(jiān)護(hù)儀的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.4 S3CEB2410開(kāi)發(fā)板介紹7&l

9、t;/p><p>　　3心電信號(hào)采集及調(diào)理模塊電路設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.1心電信號(hào)波形及特點(diǎn)9</p><p>　　3.2心電信號(hào)采集及調(diào)理電路具體實(shí)現(xiàn)10</p><p>　　4心音信號(hào)調(diào)理模塊電路設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.1心音信號(hào)波形及特點(diǎn)14</p><p>　　

10、4.2心音信號(hào)采集及調(diào)理電路具體實(shí)現(xiàn)14</p><p>　　5體溫信號(hào)調(diào)理模塊電路設(shè)計(jì)17</p><p>　　5.1溫度傳感器的選擇17</p><p>　　5.2體溫信號(hào)采集及調(diào)理電路具體實(shí)現(xiàn)17</p><p>　　6脈搏信號(hào)調(diào)理模塊電路設(shè)計(jì)19</p><p>　　6.1脈搏信號(hào)特點(diǎn)19</

11、p><p>　　6.2脈搏信號(hào)采集及調(diào)理電路具體實(shí)現(xiàn)19</p><p>　　7血壓信號(hào)調(diào)理模塊電路設(shè)計(jì)21</p><p>　　7.1血壓檢測(cè)方法21</p><p>　　7.2血壓信號(hào)采集及調(diào)理電路具體實(shí)現(xiàn)22</p><p>　　8生理信號(hào)采集板電路設(shè)計(jì)27</p><p><

12、b>　　結(jié) 論29</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)30</b></p><p><b>　　致 謝32</b></p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)健康關(guān)注程度在不斷提高。諸如

13、痢疾、鼠疫等特定傳染病已經(jīng)得到了有效控制，主要疾病也逐漸從急性傳染病變?yōu)槁詡魅静?。諸如高血壓、心臟病、糖尿病和癌癥等疾病的防治與愈后康復(fù)，已成為需要解決的主要問(wèn)題。世界衛(wèi)生組織估算，慢性疾病的發(fā)病率呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì)，預(yù)計(jì)到2020年，慢性病將成為人類失能（Disability）的主要原因。</p><p>　　人口的老齡化是一種全球性的發(fā)展趨勢(shì)，中國(guó)也不例外。1990年以來(lái)，我國(guó)老齡人口以平均每年3.32%的速

14、度增長(zhǎng)，2000年我國(guó)60歲以上人口達(dá)1.3億，占我國(guó)總?cè)丝诘?0.09%，全國(guó)開(kāi)始進(jìn)入老齡化社會(huì)。據(jù)推測(cè)，2025年我國(guó)老齡人口將達(dá)到20.00%，2050年將達(dá)到25.50%。我國(guó)人口結(jié)構(gòu)由成年型轉(zhuǎn)向老年型，發(fā)展速度之快，老年人口之多，世界罕見(jiàn)。老齡人口的增加將給社會(huì)生活的許多方面，尤其給健康護(hù)理帶來(lái)巨大的壓力。我國(guó)老年人的健康狀況不容樂(lè)觀。根據(jù)各地老年人健康普查表明，無(wú)重要臟器疾病的所謂健康老年人僅占20—25%。老年人患病率高，

15、發(fā)病率較高的慢性病依次為高血壓、糖尿病、慢性支氣管炎肺氣腫、關(guān)節(jié)炎等。根據(jù)我國(guó)城市老年人醫(yī)療服務(wù)調(diào)查，老年人2周就診率為23.75%遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他年齡組14.66%的水平;老年人住院率為7.62%，比其他年齡4.36%高得多。另外，據(jù)中國(guó)零點(diǎn)調(diào)查公司的統(tǒng)計(jì)資料顯示，目前我國(guó)城市空巢老人家庭已占整個(gè)老年家庭的一半以上。如何保證他們家居生活的健康，提高生活質(zhì)量，減少護(hù)理費(fèi)用，是一個(gè)非常值得關(guān)注的問(wèn)題。我國(guó)目前的醫(yī)療狀況是患多醫(yī)少、看病難、費(fèi)用

16、高。因此，健康監(jiān)護(hù)</p><p>　　擁有智能健康監(jiān)護(hù)儀，人們可以根據(jù)數(shù)據(jù)自己判斷被監(jiān)護(hù)人員的身體狀況。對(duì)于大病初愈的用戶，可以觀察到手術(shù)和治療效果；對(duì)于慢性病就可以在早期得以發(fā)現(xiàn)，醫(yī)生采取相應(yīng)的醫(yī)療措施進(jìn)行解決；對(duì)于突發(fā)型病，監(jiān)護(hù)人可以采取一些自救措施，同時(shí)也可以通過(guò)遠(yuǎn)程通信，將監(jiān)護(hù)人的狀況通知到監(jiān)護(hù)人的家屬及通知到社區(qū)醫(yī)生甚至通知到醫(yī)院的醫(yī)生，此時(shí)醫(yī)生也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)給監(jiān)護(hù)人或其家屬簡(jiǎn)單的應(yīng)急醫(yī)囑，使監(jiān)護(hù)人能

17、夠得到及時(shí)的診斷和救治。</p><p>　　本文基于以上原因，研究一種能對(duì)心電、血壓、體溫等生理參數(shù)進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的智能健康監(jiān)護(hù)儀，以滿足患者在家中對(duì)身體狀況進(jìn)行監(jiān)護(hù)的要求，同時(shí)由于現(xiàn)在社會(huì)的快節(jié)奏，許多人缺少鍛煉，處在亞健康狀態(tài)，中國(guó)醫(yī)師協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，我國(guó)目前真正生病的人數(shù)占15%，真正健康的人也占15%，70%的人都處于亞健康狀態(tài)。因此亞健康者也會(huì)成為家庭監(jiān)護(hù)的監(jiān)護(hù)對(duì)象，通過(guò)對(duì)亞健康者的生理參數(shù)進(jìn)行監(jiān)護(hù)

18、有助于疾病的早期發(fā)現(xiàn)和及時(shí)治療。</p><p>　　綜上所述，智能健康監(jiān)護(hù)儀的主要服務(wù)對(duì)象為：</p><p>　　1．手術(shù)后在家中恢復(fù)的病人。</p><p>　　2．殘疾人和老年人。</p><p><b>　　3．高發(fā)病人群。</b></p><p>　　4．健康人的家庭監(jiān)護(hù)。</p

19、><p>　　1 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀</p><p>　　智能健康監(jiān)護(hù)儀以其特有的優(yōu)越性，得到了世界各國(guó)政府和研究機(jī)構(gòu)的重視。尤其是近幾年，隨著科技的不斷進(jìn)步，其優(yōu)越性更加明顯，成為各國(guó)解決社會(huì)老齡化問(wèn)題，節(jié)約醫(yī)療開(kāi)支和提高國(guó)民生命質(zhì)量的重要途徑。</p><p>　　1.1國(guó)內(nèi)的研究和開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀</p><p>　　我國(guó)在這一領(lǐng)域的研究起步較晚，但

20、也取得了一定的成果。如深圳普泰科技有限公司(深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院)，推出一種家庭健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，系統(tǒng)由嵌入式監(jiān)測(cè)儀、家庭端PC機(jī)、醫(yī)生端PC機(jī)和后臺(tái)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器組成，能對(duì)家庭成員的體溫、血壓、脈搏和心電圖等多種人體生理指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)側(cè)內(nèi)容可傳到后臺(tái)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，醫(yī)生在網(wǎng)上即可進(jìn)行分析并反饋?zhàn)稍円庖?jiàn)。以上系統(tǒng)代表了國(guó)內(nèi)目前該研究領(lǐng)域的較高水平，但是這些系統(tǒng)的家庭端為“PC+監(jiān)護(hù)儀”的結(jié)構(gòu)，監(jiān)護(hù)儀多用8位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，不能脫離PC工作，這在一定程度

21、上制約了其發(fā)展和推廣。</p><p>　　總之，我國(guó)醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀在特殊品種和某些性能指標(biāo)上尚存在差距；在外殼設(shè)計(jì)和工藝、主要硬件結(jié)構(gòu)和功能指標(biāo)方面，已經(jīng)達(dá)到或接近國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品水平可以滿足一般臨床需要，部分產(chǎn)品和指標(biāo)甚至達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先。但是，至今沒(méi)有研發(fā)出便于攜帶的智能健康監(jiān)護(hù)儀。</p><p>　　1.2國(guó)外的研究和開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀</p><p>　　國(guó)外較早的開(kāi)展了這一

22、領(lǐng)域的研究，并取得了很多優(yōu)秀成果。國(guó)外幾個(gè)大的公司，GE、西門子、飛利浦等代表著國(guó)際醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀的一流技術(shù)水平，相繼推出了自己的多參數(shù)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，如荷蘭Philips的Home-base Telemonitoring system,英國(guó) Home Telehealth Limited的CareCompanion Home Monitoring System以及美國(guó)Ameriean Teleeare的Lireview Video Patien

23、t Monitor System等。這些系統(tǒng)應(yīng)用了目前較先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)及通信技術(shù)，能夠根據(jù)病人需要配置監(jiān)護(hù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)。但是這些系統(tǒng)都是采用聲耦合方式調(diào)制到音頻使用電話線傳輸，生理參數(shù)模塊通過(guò)串口連接終端，且整個(gè)設(shè)備的價(jià)格不菲，不適應(yīng)我國(guó)的國(guó)情。同樣，他們現(xiàn)在也沒(méi)有研發(fā)出體積小的健康智能監(jiān)護(hù)儀。</p><p>　　1.3本文的主要工作和研究?jī)?nèi)容</p><p>　　在參

24、閱大量相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，研制一款便攜式的智能健康監(jiān)護(hù)儀。該智能健康監(jiān)護(hù)儀能對(duì)患者進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)，包括對(duì)心電、心音、脈搏、體溫等生理信號(hào)的采集、顯示、分析處理、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)取Ｔ摫O(jiān)護(hù)儀能通過(guò)因特網(wǎng)實(shí)時(shí)的將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)護(hù)中心，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)，監(jiān)護(hù)中心端軟件實(shí)現(xiàn)包括對(duì)各病人生理信號(hào)數(shù)據(jù)的接收、顯示、管理、分析處理等。</p><p>　　本項(xiàng)目研究包括心電、血壓、脈搏、體溫、呼吸、腦電等生命指征信號(hào)提取、識(shí)別及傳輸方法；

25、研制人體生命指征信號(hào)檢測(cè)處理模塊；開(kāi)發(fā)基于遠(yuǎn)程醫(yī)療信息交互系統(tǒng)。</p><p>　　2智能健康監(jiān)護(hù)儀的總體設(shè)計(jì)方案</p><p><b>　　2.1功能描述</b></p><p>　　本項(xiàng)目采用3G技術(shù)，設(shè)計(jì)一種創(chuàng)新型的網(wǎng)絡(luò)式監(jiān)護(hù)裝置，是一種創(chuàng)新型的智能健康監(jiān)護(hù)儀。智能健康監(jiān)護(hù)儀由專用傳感器構(gòu)成，傳感器對(duì)所需要監(jiān)測(cè)的人體生理指標(biāo)比如血壓、

26、脈搏、體溫、心電、心音等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)可以將數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)中心，由專業(yè)醫(yī)療人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)觀察，提供必要的信息反饋和咨詢服務(wù)，實(shí)現(xiàn)智能健康監(jiān)護(hù)。</p><p>　　此款智能健康監(jiān)護(hù)儀具有外觀精致，小巧玲瓏，便于攜帶，操作方便、簡(jiǎn)單，檢測(cè)準(zhǔn)確，性價(jià)比高等特點(diǎn)。它使得被監(jiān)護(hù)人能夠擁有較多的自由活動(dòng)空間，在獲得較準(zhǔn)確的測(cè)量指標(biāo)的同時(shí)，免除人們?cè)诩彝ヅc醫(yī)院之間奔波的勞苦。在異常的生命指

27、征信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，患者本人可以采取一些自救措施，同時(shí)也可以通過(guò)遠(yuǎn)程通信，將患者的狀況通知到患者的家屬及通知到社區(qū)醫(yī)生甚至通知到醫(yī)院的醫(yī)生，此時(shí)醫(yī)生也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)給患者或其家屬簡(jiǎn)單的應(yīng)急醫(yī)囑，使患者能夠得到及時(shí)的診斷和救治，為個(gè)體、社區(qū)的遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)。</p><p>　　同時(shí)，智能健康監(jiān)護(hù)儀，通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)可以構(gòu)建遠(yuǎn)程醫(yī)療信息網(wǎng)，不僅有利于發(fā)達(dá)地區(qū)的人獲得保健服務(wù)，也有利于貧困地區(qū)的人獲得必要的醫(yī)療健康服務(wù)

28、。她將面向個(gè)體、面向社區(qū)，是移動(dòng)醫(yī)療與遠(yuǎn)程醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一，是醫(yī)療、社區(qū)服務(wù)領(lǐng)域的發(fā)展方向。</p><p><b>　　2.2總體設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　本系統(tǒng)由血壓、心音、脈搏、心電、溫度傳感器、模擬信號(hào)處理部分、數(shù)字信號(hào)處理部分、數(shù)據(jù)通信部分、語(yǔ)音告警及LCD顯示等六部分組成，除完成對(duì)血壓、體溫、脈搏、心電、心音進(jìn)行檢測(cè)監(jiān)護(hù)外，還有語(yǔ)音告警、

29、藍(lán)牙傳輸、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存等功能。該系統(tǒng)可對(duì)生理參數(shù)的實(shí)時(shí)采集和處理，并將生理參數(shù)和處理結(jié)果無(wú)失真的傳送到醫(yī)院服務(wù)器。醫(yī)院服務(wù)器將智能終端傳送來(lái)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并顯示，供醫(yī)生進(jìn)一步分析診斷。醫(yī)生可將診斷結(jié)果和意見(jiàn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給智能終端。診斷結(jié)果可在終端上顯示，供病人或監(jiān)護(hù)對(duì)象參考。多參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)由腕帶和附著在腕帶上的監(jiān)測(cè)盒組成，采用雙微處理器，MCU-2完成各項(xiàng)生命指征信號(hào)采集和分析，MCU-1完成人機(jī)交互和數(shù)據(jù)通信。</p><

30、p>　　智能健康監(jiān)護(hù)儀檢測(cè)終端的整體設(shè)計(jì)方案如圖2-1、圖2-2所示：</p><p>　　圖2-1 智能健康監(jiān)護(hù)儀檢測(cè)終端方案（MCU-1）</p><p>　　圖2-2 智能健康監(jiān)護(hù)儀檢測(cè)終端方案（MCU-2）</p><p>　　2.3智能健康監(jiān)護(hù)儀的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)的主機(jī)MPU采用Samsung公司生產(chǎn)

31、S3C2410處理器，S3C2410處理器為ARM920T內(nèi)核CPU，最高支持的頻率達(dá)200M，并具有MMU虛擬內(nèi)存管理單元，可以輕松的運(yùn)行起嵌入式Linux，同時(shí)擁有豐富的片內(nèi)外設(shè)，具有很高的性價(jià)比。圖2-3為硬件系統(tǒng)總體框圖，由于S3C2410芯片內(nèi)部己經(jīng)包含了UART、LCD、網(wǎng)卡、SDRAM、FLASH等驅(qū)動(dòng)控制器，這樣就大大簡(jiǎn)化了主機(jī)的外圍電路，而且采集卡利用了ATmega8單片機(jī)上集成的A/D采集和串口通信，只要設(shè)計(jì)了生理信

32、號(hào)調(diào)理電路就能完成采集卡的電路設(shè)計(jì)，總體電路簡(jiǎn)潔，可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)護(hù)儀的小型化要求。</p><p>　　圖2-3硬件系統(tǒng)總體框圖</p><p>　　2.4 S3CEB2410開(kāi)發(fā)板介紹</p><p>　　現(xiàn)在國(guó)內(nèi)基于三星的S3C2410的開(kāi)發(fā)平臺(tái)大多采用三星公司的公板架構(gòu)，因?yàn)椴捎霉寮軜?gòu)在成本、穩(wěn)定性等方面有保證，而且國(guó)內(nèi)外的資料也比較多，如韓國(guó)的MIZI公司網(wǎng)站

33、等，都有公開(kāi)的資料可以獲得，所以我們可在開(kāi)發(fā)階段時(shí)采用開(kāi)發(fā)板制造公司己經(jīng)做好的開(kāi)發(fā)板，當(dāng)產(chǎn)品在開(kāi)發(fā)板上已經(jīng)調(diào)試成功，我們?cè)僭谶@個(gè)開(kāi)發(fā)板電路的基礎(chǔ)上進(jìn)行刪減及改進(jìn)，最后完成總體電路板的設(shè)計(jì)。在國(guó)內(nèi)的開(kāi)發(fā)板的價(jià)格較低的前提下，這可以在一定程度上降低開(kāi)發(fā)的成本。因此在本次開(kāi)發(fā)中，為降低開(kāi)發(fā)成本并縮短開(kāi)發(fā)和調(diào)試時(shí)間，我們選用深圳市英蓓特S3CEB2410開(kāi)發(fā)板作為主機(jī)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。它的CPU為S3C2410處理器，并具有豐富的板載資源和各種外圍接

34、口設(shè)備，完全可以滿足開(kāi)發(fā)此系統(tǒng)的硬件要求。開(kāi)發(fā)板主要資源如下:</p><p>　　系統(tǒng)時(shí)鐘:使用外部12MHz晶振，CPU內(nèi)部倍頻至200MHz+;</p><p>　　Intel Strata Flash : E28F128J3 A 16MB</p><p>　　ATMEL公司的ZMbyteNORFLASHAT49BV1614A(兼容AMD公司 ZM/4Mbyt

35、eNOR</p><p>　　FLASHAM29LV16ODB/320DB)</p><p>　　SDRAM:64Mbyte(32MbyteXZ)</p><p>　　.3通道UART串口接口，還可跳接為MODOM方式</p><p>　　.2通道 USBHOST和1通道 USBDEVICE</p><p>　　.Sm

36、art Media Card控制器</p><p><b>　　.JTAG接口</b></p><p>　　.640X48OTFT觸摸屏LCD</p><p>　　.SD卡/MMC卡主機(jī)控制器</p><p>　　.8通道10位ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換接口</p><p><b>　　.SPI接口

37、</b></p><p>　　.HS數(shù)字音頻輸入/輸出接口</p><p><b>　　.10M以太網(wǎng)接口</b></p><p>　　.EXBUS全擴(kuò)展接口</p><p>　　在進(jìn)行開(kāi)發(fā)工作時(shí)，將開(kāi)發(fā)板與其配套的JATG仿真器Unet1CE相結(jié)合進(jìn)行開(kāi)發(fā)，當(dāng)編寫(xiě)完應(yīng)用程序后，用Unet ICE將可執(zhí)行文件

38、下載到開(kāi)發(fā)板上調(diào)試。最后當(dāng)完成程序的開(kāi)發(fā)工作，用Unet ICE將程序固化到開(kāi)發(fā)板的 NAND Flash中。</p><p>　　3心電信號(hào)采集及調(diào)理模塊電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1心電信號(hào)波形及特點(diǎn)</p><p>　　心臟各部分興奮過(guò)程中出現(xiàn)的電位變化的方向、途徑、次序和時(shí)間等均有一定規(guī)律。由于人體為一個(gè)容積導(dǎo)體，這種電位變化亦必然擴(kuò)布到身體的表面。鑒

39、于心臟在同一時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量電信號(hào)，將心臟產(chǎn)生的電位變化以時(shí)間為函數(shù)記錄下來(lái)，這記錄曲線稱為心電圖(ECG)。圖3-1所示為典型心電波形圖。心電圖反映心臟興奮的產(chǎn)生、傳導(dǎo)和恢復(fù)過(guò)程中的生物電變化。</p><p>　　圖3-1典型心電波形圖</p><p>　　正常心電圖波形包括:</p><p>　　1.P波:一般為鈍形，有時(shí)有輕度切跡但波峰間距小于0.03秒。VI

40、VZ導(dǎo)聯(lián)頂部尖。寬度:0.06-0.115，高度:小于O.25mV。</p><p>　　2.PR間期:0.12-0.205，不同導(dǎo)聯(lián)測(cè)量的P-R間期可略有差別。</p><p>　　3.QRS波群:正常時(shí)有些導(dǎo)聯(lián)可出現(xiàn)小Q波，但其深度小于0.25R，寬度小于0.045。寬度:0.06-0.105，高度:V1的R波小于10mV，VS的R波小于25mV。</p><p&g

41、t;　　4.ST段:正常人的ST段下移不超過(guò)0.05mV，ST段上升不超過(guò)0.lmV。而V1-V3上升不超過(guò)0.3mV。</p><p>　　5.T波:波形平滑不對(duì)稱，上升慢而下降快。高度:QRS主波向上的導(dǎo)聯(lián)T波不應(yīng)低于同導(dǎo)聯(lián)R波的1/10。</p><p>　　6.QT間期:正常人當(dāng)心率在60-100次/分時(shí)，QT間期正常值為0.32-0.445。因此心電信號(hào)是由P、QRS、T波和靜息

42、期組成，各波頻率特性不盡相同。它是一種非平穩(wěn)信號(hào)，在采樣過(guò)程中，常常摻雜各種噪聲和干擾。心電信號(hào)的主要特點(diǎn)是:</p><p><b>　　微弱:mv級(jí);</b></p><p>　　超低頻:心電的主要成分 <50Hz;</p><p>　　信噪比低，對(duì)放大器要求嚴(yán)格;</p><p>　　3.2心電信號(hào)采集及調(diào)理

43、電路具體實(shí)現(xiàn)</p><p>　　心電數(shù)據(jù)采集及調(diào)理模塊包括前端放大和右腿驅(qū)動(dòng)電路、高通濾波電路和二級(jí)放大電路、二階低通濾波電路、雙T有源陷波器、電平提升電路等?？傮w設(shè)計(jì)框圖如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2心電采集電路框圖</p><p>　　1.前端放大、右腿驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　由于心電信號(hào)的微弱、干擾大、低頻等

44、特性，所以在進(jìn)行心電前級(jí)放大電路的設(shè)計(jì)中，對(duì)放大器的選擇有嚴(yán)格的要求，如:高輸入阻抗，高共模抑制比，低噪聲，低漂移等特性。為了滿足這些要求，本設(shè)計(jì)中選擇ADI公司生產(chǎn)的儀用放大器AD620A作前級(jí)放大芯片。AD62OA是一款低價(jià)格、高精度的儀用放大器，有非常優(yōu)良的性能，是生物放大器設(shè)計(jì)中的經(jīng)典之作。由于AD620A的低功耗、低電壓和小封裝使其在便攜式儀器應(yīng)用中非常有用;同時(shí)，低偏置電流、低電流噪聲和低電壓噪聲等優(yōu)良性能增強(qiáng)了它的動(dòng)態(tài)性能

45、。</p><p>　　一般來(lái)說(shuō)，共模抑制比(CMRR)隨增益(G)增大而有所提高，但考慮到前置級(jí)對(duì)整個(gè)放大電路噪聲的貢獻(xiàn)，放大器的噪聲性能一般隨第一級(jí)增益的提高而明顯變差，特別是集成器件噪聲性能一般比分立元件差。因此第一級(jí)增益不宜取值過(guò)度，一般G<20為宜。本文將前置放大增益設(shè)置為7。由式3-1可確定R。(RS)的值為8.25K。</p><p><b>　　(3-1)&

46、lt;/b></p><p>　　另外為增加人體和儀器在使用時(shí)的安全性，在左右手的導(dǎo)聯(lián)輸入與前置放大器之間增加了由二級(jí)管Dl、D2、D3、D4組成保護(hù)電路。當(dāng)正常情況下的工頻共模干擾可達(dá)300mV左右，而兩個(gè)反向并聯(lián)的硅二極管的導(dǎo)通電壓為士600mV左右，因此在正常情況下二極管是處于截止?fàn)顟B(tài)，不會(huì)影響心電信號(hào)的采集，只有當(dāng)兩個(gè)輸入導(dǎo)聯(lián)的電壓超過(guò)保護(hù)電壓的閉值時(shí)，二極管才處于導(dǎo)通狀態(tài)，保護(hù)人體和儀器不受損壞。

47、</p><p>　　為提高前置放大器的共模抑制效果，本文采用了右腿驅(qū)動(dòng)電路取代直接接地，它是心電信號(hào)提取中非常有用的方法，這種方法能夠使50Hz共模工頻干擾電壓降低到1%以下。而且不會(huì)損失心電信號(hào)中的50Hz的有用信號(hào)成分，與右腿接地的方法比較，右腿驅(qū)動(dòng)技術(shù)對(duì)抑制交流干擾的效果更好，但由于存在交流干擾電壓的反饋環(huán)路，經(jīng)過(guò)人體形成不安全因素，因此在使用時(shí)需外接限流電阻R z，本文R z取220K。圖3-3為前置放

48、大、右腿驅(qū)動(dòng)電路。</p><p>　　圖3-3前置放大、右腿驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　2.二級(jí)放大、濾波電路及電壓提升電路設(shè)計(jì)</p><p>　　心電放大的倍數(shù)一般在1000倍左右，經(jīng)過(guò)前級(jí)放大器的放大，信號(hào)還需要進(jìn)一步放大;為了去除心電信號(hào)中的低頻、高頻和50Hz的工頻干擾信號(hào)，還需要進(jìn)行高通、低通和陷波等模擬濾波器的設(shè)計(jì)。圖3-4為高通濾波、二級(jí)放大、有

49、源二階低通濾波電路電阻R7、RS、R9及放大器U3構(gòu)成了一個(gè)同相放大器，放大增益由式3-2確定</p><p><b>　　(3-2)</b></p><p>　　圖3-4高通濾波、二級(jí)放大、有源二階低通濾波電路</p><p>　　由于ECG信號(hào)帶寬為0.05-250HZ，因此在本文設(shè)計(jì)的高通濾波器的下限頻率fL為0.05HZ，低通濾波器的上

50、限頻率壇為250Hz。在設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，因?yàn)殡娙輼?biāo)稱值的分檔較少，比較難配，一般從選定電容器入手，電阻相對(duì)分檔較多，相對(duì)好配。在選配電容時(shí)可根據(jù)頻率按照表3-1選擇適當(dāng)電容值。</p><p>　　表3-1濾波器工作頻率與電容值選擇對(duì)應(yīng)表</p><p>　　上圖中C2、R6構(gòu)成了一階高通濾波器，其下限頻率由式3-3計(jì)算可得。</p><p><b>　　(

51、3-3)</b></p><p>　　低通濾波器采用了適合于生理信號(hào)特征的巴特沃茲有源二階濾波器，它由電阻R10、R11、R12、R13，電容C3、C4及放大器U4組成，其上限頻率由式3-4計(jì)算可得。</p><p><b>　　(3-4)</b></p><p>　　工頻干擾在生理參數(shù)采集中的干擾是最為普遍的，為消除工頻千擾(我國(guó)

52、工頻干擾為50Hz)對(duì)ECG信號(hào)的采集時(shí)的影響，在本設(shè)計(jì)中加入了雙T有源陷波器，可以把頻帶中50Hz的信號(hào)分量濾除，但它同時(shí)也會(huì)濾除所采集的ECG信號(hào)中有用的50Hz信號(hào)分量，因此在工頻干擾不大或消失的情況下，應(yīng)將此濾波器在ECG信號(hào)調(diào)理電路中切除，本設(shè)計(jì)采用跳線的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。電路如圖3-5所示，其濾除頻率f由式3-5確定。</p><p><b>　　(3-5)</b></p>

53、<p>　　圖3-5雙T有源帶阻濾波電路</p><p>　　當(dāng)ECG信號(hào)經(jīng)過(guò)上述的處理后仍然不能直接送到ATmega8進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，因?yàn)榇藭r(shí)的ECG信號(hào)雖然在幅值上已經(jīng)滿足要求，但其變化范圍還處在士2.5V之間(本設(shè)計(jì)的幅值要求5V)而ATmega8的A/D輸入范圍為O-5V之間，所以還要將ECG信號(hào)提升到A/D電路圖的輸入范圍之內(nèi)，在本設(shè)計(jì)中用反向加法器來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能，圖3-6為具體為保護(hù)采集

54、板電路，在最終輸出端并接一個(gè)5V的齊納二級(jí)管。</p><p>　　圖3-6電壓提升電路</p><p>　　至此完成心電采集及調(diào)理模塊的電路設(shè)計(jì)，此時(shí)的ECG信號(hào)可直接加到采集板進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　4心音信號(hào)調(diào)理模塊電路設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1心音信號(hào)波形及特點(diǎn)</p><p>　　心音 (

55、heart sound)指由心肌收縮、心臟瓣膜關(guān)閉和血液撞擊等引起的振動(dòng)所產(chǎn)生的聲音。它可在胸壁一定部位用聽(tīng)診器聽(tīng)取，心室壁、大動(dòng)脈壁也可用換能器等儀器記錄心音的機(jī)械振動(dòng)，稱為心音圖。</p><p>　　每一心動(dòng)周期可產(chǎn)生四個(gè)心音，一般均能聽(tīng)到的是第一和第二心音。第一心音發(fā)生在心縮期，標(biāo)志心室收縮期的開(kāi)始。于心尖搏動(dòng)處(前胸壁第5肋間隙左鎖骨中線內(nèi)側(cè))聽(tīng)得最清楚。其音調(diào)較低(40-60HZ)，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)(0.

56、1-0.12秒)，較響。心室收縮力愈強(qiáng)，第一心音愈響。第二心音發(fā)生在心舒期，標(biāo)志著心室舒張期的開(kāi)始，它分為主動(dòng)脈音和肺動(dòng)脈音兩個(gè)成分，分別在主動(dòng)脈和肺動(dòng)脈聽(tīng)診區(qū)(胸骨左、右緣第二肋間隙)聽(tīng)得最清楚。其音調(diào)較高(60-100HZ)，持續(xù)時(shí)間較短(0.08秒)，響度較弱。其強(qiáng)弱可反映主動(dòng)脈壓和肺動(dòng)脈壓的高低，動(dòng)脈壓升高，則第二心音亢進(jìn)。第三心音發(fā)生在第二心音之后，持續(xù)較短 (0.04-0.05秒)，音調(diào)較低。可在大部分兒童及約半數(shù)的青年人聽(tīng)

57、到，不一定表示異常。第四心音發(fā)生在第一心音前的低頻振動(dòng)，持續(xù)約0.04秒。又稱心房音。大多數(shù)健康成年人可在心音圖上記錄到低小的第四心音，一般聽(tīng)診很難發(fā)現(xiàn)。正常的心音如圖4-1所示。</p><p><b>　　圖4-1正常心音圖</b></p><p>　　4.2心音信號(hào)采集及調(diào)理電路具體實(shí)現(xiàn)</p><p>　　利用現(xiàn)代傳感技術(shù)和電子信息處理

58、技術(shù)可以對(duì)心音信號(hào)進(jìn)行有效提取并進(jìn)行處理，放大、濾波(濾去不相干的雜音及環(huán)境噪音)，可以輸出清晰、穩(wěn)定的心音信號(hào)，本設(shè)計(jì)中采用心音換能器來(lái)進(jìn)行心音的采集，總體設(shè)計(jì)框圖如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2心音采集電路框圖</p><p>　　1.放大及濾波電路設(shè)計(jì)</p><p>　　心音換能器輸出的原始信號(hào)的大小在30mv之間，信號(hào)較強(qiáng)，且干擾較小，因此在

59、此電路中僅采用一次放大器，放大器采用了專用儀用放大器AD620集成運(yùn)放，芯片中集成了差分式放大電路，具有高共模抑制比，高輸入阻抗，低溫漂，輸入電壓泛圍寬(士2.3V一士18V)。如果用普通運(yùn)放來(lái)組織這樣的差分放大電路，由于兩個(gè)用來(lái)輸入的普通運(yùn)放的特性有可能相差較大，這樣組織起來(lái)的差分電路的性能會(huì)受到很大的影響，輸入失調(diào)電壓很高，而且AD620只要在1，8腳之間接入一個(gè)電阻就可以實(shí)現(xiàn)放大增益1-1000倍，大大簡(jiǎn)化了電路的設(shè)計(jì)。于最終的輸

60、出信號(hào)幅值要求在0-5V之間，即要求放大電路的放大增益在150倍左右。所以在本次設(shè)計(jì)中第一級(jí)放大的倍數(shù)取150倍，由式3-1可得RG=300歐姆，如圖4-3所示：</p><p>　　圖4-3心音信號(hào)放大及濾波電路</p><p>　　由于心音信號(hào)的頻率范圍在0.1-2000HZ，而我們經(jīng)常測(cè)量的范圍在20-I000Hz，在本次設(shè)計(jì)中對(duì)濾波器的頻率范圍限制在20Hz-600Hz之間。由C3

61、和R4組成高通濾波器，下限頻率由下式?jīng)Q定。</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　由Op27放大器、RS、R6、R7、RS、C4、CS組成的二階低通濾波器，上限頻率由式4-2計(jì)算可得。</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　從二階濾波器輸出

62、的信號(hào)增益大約為2倍。即由此組成了頻率在22~637Hz之間的帶通濾波器。</p><p>　　2.電平提升及反向電路設(shè)計(jì)</p><p>　　圖 4-4 信號(hào)電平提升及反向電路</p><p>　　圖4-4為信號(hào)電平提升及反向電路，由于從濾波器出來(lái)的交流信號(hào)在正負(fù)之間，即如果輸出的信號(hào)峰峰值要求為SV，則輸出的信號(hào)為-2.5V-+2.5V之間。因此按設(shè)計(jì)要求輸出為

63、0-5V則要將輸出電平提升2.5V。圖4-4就是利用集成運(yùn)放0P27、R11、R12、R13組成一個(gè)反向加法電路，輸出信號(hào)將被加上由R9、RI0組成的偏置電路上的偏置電壓，我們?cè)谡{(diào)試電路時(shí)可以調(diào)節(jié)R10來(lái)產(chǎn)生合適的偏置電壓，本設(shè)計(jì)中偏置電壓的調(diào)節(jié)范圍為0-10V(VCC=12V時(shí))，因此濾波器輸入的信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)反相加法器的偏置電壓后輸出為-5V-0。為了能在最后輸出得到與初始信號(hào)同相的信號(hào)，在加法器后加了一個(gè)由R14、R15、OP27組

64、成的反向器，這樣最終輸出的電壓信號(hào)范圍為O-5V。</p><p>　　5體溫信號(hào)調(diào)理模塊電路設(shè)計(jì)</p><p>　　正常人體的直腸溫度平均為37.3℃，接近于深部的血液溫度，口腔溫度比直腸溫度低0.1-0.3℃，平均約為37℃。腋窩溫度比口腔溫度又低0.3-0.5℃，平均約為36.7℃，臨床上一般采取從腋窩、口腔或直腸內(nèi)測(cè)量體溫的辦法。人體體溫幅度范圍如表5-1所示：</p>

65、;<p>　　表5-1體溫幅度范圍簡(jiǎn)表</p><p>　　5.1溫度傳感器的選擇</p><p>　　采用一般的熱敏電阻，可滿足40℃至90℃測(cè)量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，且測(cè)量精度大于士0.5℃，因此不適合本設(shè)計(jì)要求。在本設(shè)計(jì)中選用AD59O溫度傳感器。AD590是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下:</p>&l

66、t;p>　　1.流過(guò)器件的電流(mA)等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度(開(kāi)爾文)度數(shù)。</p><p>　　2.AD59O的測(cè)溫范圍為-55℃~+150℃。</p><p>　　3.AD59O的電源電壓范圍為4V-30V。電源電壓可在4V-6V范圍變化，電流Ir變化1mA，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。</p>

67、<p>　　4.精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55℃到+150℃范圍內(nèi)，非線性誤差為士0.3℃。可以滿足本設(shè)計(jì)精度要求(土0.5℃)。</p><p>　　5.2體溫信號(hào)采集及調(diào)理電路具體實(shí)現(xiàn)</p><p>　　如圖5-1所示，AD581是高精度集成穩(wěn)壓器，輸入電壓最大為40V，輸出10V。電位器R2用于調(diào)整零點(diǎn)，在0℃時(shí)調(diào)整R2，使輸

68、出Vo1=0。R4用于調(diào)整運(yùn)放OP27(U9)的增益，在100℃時(shí)調(diào)整R4使sensor-Vin =I0v。如此反復(fù)調(diào)整多次，直至0它時(shí)，Vo1=0v，100℃時(shí)Vo1=0V為止。最后在室溫下進(jìn)行校驗(yàn)。例如，若室溫為25℃，那么 sensor-Vin為2.5V。冰水混合物是0℃環(huán)境，沸水為100℃環(huán)境。</p><p>　　人體體溫小于100℃，因此本文假定輸出最大值為5V時(shí)，使最后與輸出到ATmega8的電壓在

69、0至+5v之間，以滿足ATmega8單片機(jī)A/D參考電壓(+5V)的輸入要求。為此我們?cè)隗w溫信號(hào)調(diào)理電路與ATmega8的接口電路上接入一個(gè)5V的齊納二極管以保證Sensor-Vin的輸出電壓在0至+5V之間，避免輸出電壓太高損壞采集板電路。體溫信號(hào)的頻率范圍大量的集中在低頻部分，因此我們?cè)隗w溫信號(hào)的放大電路后接了一個(gè)由R6、C1組成的低通濾波器，其截止頻率通過(guò)式 .(5-1)可得:</p><p><b&

70、gt;　　(5-1)</b></p><p>　　圖5-1體溫信號(hào)調(diào)理電路</p><p>　　6脈搏信號(hào)調(diào)理模塊電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　6.1脈搏信號(hào)特點(diǎn)</b></p><p>　　脈搏波是以心臟搏動(dòng)為動(dòng)力源，通過(guò)血管系統(tǒng)的傳導(dǎo)而產(chǎn)生的容積變化和振動(dòng)現(xiàn)象，它可以反映出心臟、血管系統(tǒng)的功能和血

71、液的代謝功能。當(dāng)心臟收縮時(shí)，有相當(dāng)數(shù)量的血液進(jìn)入原己充滿血液的主動(dòng)脈內(nèi)，使得該處的彈性管壁被撐開(kāi)，此時(shí)心臟推動(dòng)血液所作的功轉(zhuǎn)化為血管的彈性勢(shì)能;心臟停止收縮時(shí)，擴(kuò)張了的那部分血管也跟著收縮，驅(qū)使血液向前流動(dòng)，結(jié)果又使前面血管的管壁跟著擴(kuò)張，如此類推，這種過(guò)程和波動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播有些類似，因此稱為脈搏波 (pulse wave)。動(dòng)脈脈搏波反映了每一次脈跳搏動(dòng)而發(fā)生的血容量變化，是一條周期性連續(xù)波動(dòng)的類似正弦波的曲線，它的周期即是心

72、動(dòng)周期。動(dòng)脈脈搏波包含血管血壓、容積、移動(dòng)管壁張力等多種信息，能夠反映心臟和血管的狀態(tài)，對(duì)醫(yī)生診斷高血壓、動(dòng)脈硬化等循環(huán)疾病很有幫助。人體手指末端含有豐富的小動(dòng)脈，它們和其他部位的動(dòng)脈一樣，含有豐富的信息，用光電法提取這些信息是無(wú)損傷方法，而且簡(jiǎn)單易行。但是能否有效地用光電法測(cè)得脈搏不僅和被測(cè)對(duì)象有關(guān)而且和工程上的檢測(cè)方法有關(guān)，用紅外光電法通過(guò)指尖量脈搏是一種比較先進(jìn)的檢測(cè)手段。</p><p>　　6.2脈搏信

73、號(hào)采集及調(diào)理電路具體實(shí)現(xiàn)</p><p>　　我們使用指套式光電傳感器，由發(fā)光二極管和光電三極管組成，指套減少了外界光的干擾。圖6-1為光電傳感器概圖。</p><p>　　圖6-1光電傳感器概圖</p><p>　　AD620的增益可以通過(guò)調(diào)節(jié)電阻R，的阻值來(lái)改變，增益與阻值的關(guān)系如式4.1所示。AD620的最大增益可達(dá)到1000倍，但一般時(shí)候不使用最高放大倍數(shù)。

74、因?yàn)榉糯蟊稊?shù)高可能會(huì)影響輸入阻抗等其它因素，所以我們必需通過(guò)改變電阻來(lái)選擇最適當(dāng)?shù)姆糯蟊稊?shù)，使得放大的信號(hào)達(dá)到最好效果。二階低通濾波器可以濾掉信號(hào)中的高頻部分。脈搏的頻率因人而異，所以濾波器的截止頻率也可以根據(jù)個(gè)人要求不同自由的改變。脈搏信號(hào)放大電路如圖6-2所示。</p><p>　　圖6-2脈搏信號(hào)放大及低通濾波電路</p><p>　　由U2、R2、R3、R4、R5、C1、C2構(gòu)成的

75、二階低通濾波器的上限頻率由式6-1可得。</p><p><b>　　(6-1)</b></p><p>　　從以上電路輸出的電壓Vout須經(jīng)電平提升及反向電路才能輸入到ATmega8單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，其原理與心音的電平提升及反向電路一樣，在此不再討論。</p><p>　　7血壓信號(hào)調(diào)理模塊電路設(shè)計(jì)</p><p>

76、;<b>　　7.1血壓檢測(cè)方法</b></p><p>　　臨床上血壓測(cè)量技術(shù)可分為直接法和間接法兩種:</p><p>　　直接法血壓測(cè)量是將一根導(dǎo)管經(jīng)皮插入欲測(cè)部位的血管或心臟內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)管內(nèi)的液柱同放在體外的應(yīng)變式傳感器、線形可變差動(dòng)變壓器、電容式傳感器等相連，從而測(cè)出導(dǎo)管端部的壓力。另一種形式是把傳感器放在導(dǎo)管的末端，直接測(cè)出端部所在點(diǎn)的血壓值。這種方法的優(yōu)點(diǎn)

77、是測(cè)量值準(zhǔn)確，并能進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。但它必須經(jīng)皮將導(dǎo)管放入血管內(nèi)，所以是一種創(chuàng)傷性的方法。</p><p>　　間接法是利用脈管內(nèi)壓力與血液阻斷開(kāi)通時(shí)刻所出現(xiàn)的血流變化間的關(guān)系，從體表測(cè)出相應(yīng)的壓力值。由于這種方法不需要剖切的外科手術(shù)，同時(shí)測(cè)量簡(jiǎn)便，因此在臨床上得到廣泛的應(yīng)用。其缺點(diǎn)是測(cè)量精度較低，不能進(jìn)行連續(xù)測(cè)量以及不能用以測(cè)定心臟、靜脈系統(tǒng)的壓力。目前，國(guó)外大多數(shù)無(wú)損自動(dòng)血壓自動(dòng)檢測(cè)儀器都采用示波法，因此在本設(shè)計(jì)

78、中也采用了這一種方法。</p><p>　　示波法的測(cè)量過(guò)程中，與傳統(tǒng)水銀血壓計(jì)(柯氏法)類似，仍采用充氣袖套來(lái)阻斷上臂動(dòng)脈血流。由于心搏的血液動(dòng)力學(xué)作用，在氣袖壓力上將重疊與心搏同步的壓力波動(dòng)，即脈搏波。當(dāng)氣袖壓力遠(yuǎn)高于收縮壓時(shí)，脈搏波消失。隨著袖套壓力下降，脈搏開(kāi)始出現(xiàn)。當(dāng)袖套壓力從高于收縮壓降到收縮壓以下時(shí)，脈搏波會(huì)突然增大。到平均壓時(shí)達(dá)到最大值。然后又隨袖套壓力下降而衰減。示波法血壓測(cè)量就是根據(jù)脈搏波振幅

79、與氣袖壓力之間的關(guān)系來(lái)估計(jì)血壓的。與脈搏波最大值對(duì)應(yīng)的是平均壓，收縮壓和舒張壓分別對(duì)應(yīng)脈搏波最大振幅的比例來(lái)確定。圖7-1是示波法測(cè)血壓的原理圖，圖中實(shí)線所表示的是在測(cè)量過(guò)程中袖帶靜壓的變化，而直方圖所示為脈搏波振幅在測(cè)量過(guò)程中的變化過(guò)程。</p><p>　　圖7-1充氣示波法測(cè)血壓原理圖</p><p>　　在示波測(cè)量中，主要從脈搏波構(gòu)成的鐘形包絡(luò)中識(shí)別特征點(diǎn)獲取血壓值。本設(shè)計(jì)<

80、/p><p>　　采用由Geddes提出的固定比率計(jì)算法。首先尋找脈搏波鐘形包絡(luò)的頂點(diǎn)0m，其對(duì)應(yīng)的袖帶壓Pm，即為平均壓;另外，在包絡(luò)線上升沿存在一點(diǎn)0s和下降沿存在一點(diǎn)0d，對(duì)應(yīng)收縮壓Ps和舒張壓Pd。0s和0d的大小可以根據(jù)如下經(jīng)驗(yàn)公式求得:</p><p><b>　　(7-1)</b></p><p><b>　　(7-2)&l

81、t;/b></p><p>　　臨床實(shí)際測(cè)量中，上述經(jīng)驗(yàn)公式中的取值變化范圍較大，式(7-1)為0.45-0.57;式 (7-2)為 0.69- 0.59。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中血壓的測(cè)量過(guò)程大致為:首先由主機(jī)向采集板發(fā)送血壓檢測(cè)命令，采集板上的AVR單片機(jī)控制氣泵對(duì)袖帶進(jìn)行快速充氣，同時(shí)對(duì)袖帶的壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果大于設(shè)定值(250mmHg)則停止對(duì)袖帶充氣，單片機(jī)開(kāi)

82、始通過(guò)PWM功能控制電磁氣閥進(jìn)行慢速放(5mmHg/S)，此時(shí)要同時(shí)監(jiān)測(cè)袖帶靜壓和由袖帶靜壓中提取的脈搏波兩路信號(hào)，記錄下所需的值并將這些數(shù)據(jù)同步傳輸?shù)街鳈C(jī)供主機(jī)進(jìn)行分析，當(dāng)袖帶靜壓小于設(shè)定值(50mmHg)，則開(kāi)始快速放氣，如果所測(cè)量的結(jié)果在合理的范圍則完成一次血壓測(cè)量，否則根據(jù)設(shè)定值決定是否重新進(jìn)行一輪血壓測(cè)量。</p><p>　　7.2血壓信號(hào)采集及調(diào)理電路具體實(shí)現(xiàn)</p><p>

83、;　　檢測(cè)血壓所需的袖帶壓力首先要經(jīng)過(guò)壓力傳感器的拾取，將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)才能將這些電信號(hào)送入后期的信號(hào)調(diào)理電路作進(jìn)一步的處理，本文采用了MPS2100壓力傳感器測(cè)量壓力值。MPS2100半導(dǎo)體壓力傳感器專門為血壓檢測(cè)設(shè)計(jì)，可以把壓力轉(zhuǎn)換成毫伏級(jí)的差模電壓信號(hào)，具有良好的線性度，輸出電壓與所加壓力成精確的正比例關(guān)系。圖7-2是MPS2100壓力傳感器內(nèi)部的電路示意圖。</p><p>　　圖 7-2 MP

84、S 2100內(nèi)部電路示意圖</p><p>　　由圖7.2可知，MPS2100傳感器是一種電橋結(jié)構(gòu)，外部的壓力變化引起傳感器內(nèi)部電阻的變化，我們可以把一個(gè)恒流源加到電橋上，這樣傳感器的兩個(gè)輸出端(-IN和+IN)就可以會(huì)隨著電阻變化輸出相應(yīng)的差分電信號(hào)。在這里我們采用一個(gè)LM324集成運(yùn)放UIA和若干電阻電容組成一個(gè)可調(diào)的恒流源。具體電路如圖7-3所示。</p><p>　　電阻R1與R2

85、通過(guò)分壓提供給LM324一個(gè)參考輸入電壓電源，為避免當(dāng)電源波動(dòng)造成參考輸入電壓電源的波動(dòng)造成恒流源輸出電流的不穩(wěn)定，我們?cè)谶m當(dāng)?shù)牡胤讲⑷肓穗娙軨1、C2來(lái)避免這種電源干擾。恒流源的電流大小由式7-3和7-4來(lái)確定。由4-12可看出在R2、R3確定的情況下，恒流源的大小可通過(guò)R1來(lái)調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　(7-3)</b></p><p><b>

86、　　(7-4)</b></p><p>　　圖7-3MPS210O壓力傳感器連接電路圖</p><p>　　袖套內(nèi)的壓力是由氣袖靜壓和脈搏波信號(hào)的疊加組成，氣袖靜壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于脈搏波信號(hào)，且氣袖靜壓是一個(gè)接近直流的信號(hào)。我們所檢測(cè)的血壓信號(hào)是通過(guò)袖套內(nèi)的壓力表示出來(lái)，但怎樣確定袖套壓力與血壓的關(guān)系則需要借助脈搏波來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此檢測(cè)其具體的血壓信號(hào)需要從袖套壓力內(nèi)分離出脈搏波，并且最終

87、我們要分兩路A/D通道來(lái)采集這兩種信號(hào)得到所需的數(shù)據(jù)并最終得出血壓的測(cè)量結(jié)果。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，從壓力傳感器輸出的差分信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后送到AVR單片機(jī)的ADC4通道，因此此通道被用來(lái)采集袖帶壓力信號(hào)以便取得收縮壓和舒張壓。為了取得脈搏波信號(hào)，我們將處理過(guò)的袖帶壓力信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)高通濾波器將接近直流的氣袖靜壓信號(hào)濾除即從袖套壓力中分離出了脈搏波信號(hào)，這個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)直流偏置與放大濾波后將脈搏波信號(hào)通過(guò)ADC

88、S通道輸入到AVR單片機(jī)內(nèi)。</p><p>　　從壓力傳感器輸出的信號(hào)是毫伏級(jí)(75士25mV)的差分信號(hào)，我們要想對(duì)它輸入到單片機(jī)(0-5V)內(nèi)進(jìn)行處理還得將這個(gè)信號(hào)進(jìn)行放大50倍左右，因此我們利用三個(gè)LM324集成運(yùn)放(UIB、UIC、UID)和若干電阻電容構(gòu)建一個(gè)差分放大電路。圖7-4詳細(xì)說(shuō)明了此差分電路的組成。其放大倍數(shù)可由式（7-5）計(jì)算出，并且從式中可以看出只要保證V-IN與V+IN的差值為正值，那

89、么從這個(gè)差分放大器輸出的信號(hào)可以通過(guò)調(diào)整此放大器的放大倍數(shù)使輸出符合AVR單片機(jī)的輸入范圍(0-5V)，并且為了防止此差分電路的輸出超出AVR單片機(jī)的輸入范圍，我們?cè)谳斎霑r(shí)在差分放大器的輸出端并接了一個(gè)齊納二極管作為保護(hù)單片機(jī)引腳的保護(hù)。</p><p><b>　　(7-5)</b></p><p>　　圖7-4壓力傳感器信號(hào)差分放大電路</p>&l

90、t;p>　　從差分放大電路輸出的信號(hào)包括了袖帶靜壓和脈搏波信號(hào)，其中袖帶靜壓信號(hào)是一個(gè)接近于直流的信號(hào)，它的頻率一般不大于0.04Hz;而脈搏波信號(hào)是一個(gè)交流信號(hào)，它的頻率約等于1Hz(與被測(cè)者的心跳的頻率一致)。因此，為了從壓力信號(hào)中提取出脈搏波信號(hào)，我們必須將頻率不大于0.04Hz的袖帶靜壓濾除，同時(shí)由于在測(cè)量時(shí)也引入了工頻及其他的高頻干擾，為了最終的輸出的脈搏波信號(hào)不受這些干擾的影響，我們也必須將這些干擾濾除。在本設(shè)計(jì)中，我

91、們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)高通濾波器及一個(gè)低通濾波器來(lái)濾除這些干擾，頻率范圍設(shè)為0.48Hz-4.8Hz。由于經(jīng)過(guò)濾波器后輸出的信號(hào)是一種正負(fù)的交流信號(hào)，不符合AVR單片機(jī)的輸入范圍(0-5V)，我們?cè)诟咄V波器中加入了一個(gè)直流偏置電壓，然后再放大，這樣只要調(diào)節(jié)這個(gè)偏置電壓和放大倍數(shù)，就能使最終的脈搏波信號(hào)符合AVR單片機(jī)的輸入范圍(0-5V)。圖7-5為血壓脈搏波信號(hào)的提取及偏置放大電路。</p><p>　　圖 7-5 血

92、壓脈搏信號(hào)提取及偏置放大電路</p><p>　　在此電路中C4、R13組成了一個(gè)高通濾波器，用以濾除袖帶靜壓信號(hào)，其下限頻率幾由式7-6確定。同時(shí)通過(guò)R13還給濾除后的信號(hào)加入了一個(gè)直流偏置電壓，此直流偏置電壓由R16、R17及U2B組成，其中R16、R17組成一個(gè)分壓電路，其輸出經(jīng)過(guò)U2B組成的電壓跟隨器提供給R13作為偏置。R14和C5構(gòu)成了一個(gè)低通濾波器，用于濾除工頻及其他高頻千擾，其上限頻率fH由式7-

93、7確定。</p><p><b>　　(7.6)</b></p><p><b>　　(7.7)</b></p><p>　　在脈搏波放大電路的輸出端接了一個(gè)齊納二極管來(lái)進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)。</p><p>　　圖7-6直流電機(jī)與電磁閥連接圖</p><p>　　圖7-6是給袖帶加

94、壓的直流電機(jī)及用來(lái)給袖帶減壓的電磁閥連接圖。二者在工作的時(shí)候都需要較大電流，因此我們采用了兩個(gè)達(dá)林頓管Q1、Q2來(lái)驅(qū)動(dòng)。同時(shí)兩者都有電感元件，為防止工作時(shí)過(guò)壓燒壞器件，我們都給這兩個(gè)器件并聯(lián)了一個(gè)反向的二極管。電機(jī)由采集板上AVR單片機(jī)的PBO引腳來(lái)控制，電磁閥由有PWM輸出功能的OC2引腳來(lái)控制。</p><p>　　8生理信號(hào)采集板電路設(shè)計(jì)</p><p>　　雖然開(kāi)發(fā)板上也外擴(kuò)了S3

95、C2410芯片內(nèi)部的8通道ADC接口，但由于在本設(shè)計(jì)中采用了觸摸屏，它占用了CPU內(nèi)ADC的兩路，如果還要用其它6通道作為生理信息的采集A/D通道，在后期軟件設(shè)計(jì)時(shí)將會(huì)非常復(fù)雜。因?yàn)檫@8路A/D是分時(shí)復(fù)用的，當(dāng)我們?nèi)龠M(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，還得考慮將ADC的時(shí)間片分出一部分以保持觸摸屏的響應(yīng)，系統(tǒng)整體的性能帶來(lái)很大影響，在多通道同時(shí)采集時(shí)沖突尤其明顯。為此在ARM開(kāi)發(fā)板的基礎(chǔ)上，我們又開(kāi)發(fā)了基于ATmega8單片機(jī)的串口數(shù)據(jù)采集板，專門用于

96、前端生理信號(hào)的采集，并通過(guò)串口與開(kāi)發(fā)板進(jìn)行通信。ATmega8內(nèi)包含了8路10bit(ADC4和ADC5為8bit)的ADC，轉(zhuǎn)換時(shí)間為65us-260us，在本系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的采樣頻率為200Hz，因此ATmega8內(nèi)的ADC可以滿足采樣時(shí)間上的要求，從而可以簡(jiǎn)化采集板的電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　圖8-1生理信號(hào)采集板主芯片電路</p><p>　　Tmega8單片機(jī)內(nèi)部和外部的數(shù)字電

97、路產(chǎn)生的電磁干擾，用一個(gè)O歐姆電阻將模擬地與數(shù)字地隔開(kāi)，同時(shí)將AVCC通過(guò)用L1與C8組成的LC網(wǎng)絡(luò)與VCC連接，將模擬電源AVCC與字電源VCC隔離。由于在此電路中將要選擇AVCC為參考電源，因此將AREF引角通過(guò)電容C12接地，以避免干擾。為了增加可用性，在ATmega8上直接外接兩個(gè)LED燈當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)起到指示作用。表8-1為此設(shè)計(jì)中各模擬輸入的A/D通道分配表。</p><p>　　表8-1六路A/D通道

98、分配表</p><p>　　圖8-2采集板串口電平轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　主機(jī)通過(guò)串口與采集板進(jìn)行連接，由于ATmega8上采用的是5V供電，而S3C2410引腳上卻是3.3V，因此要經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換才能進(jìn)行連接。圖8-2為采集板上串口電平轉(zhuǎn)換電路，ATmega8的TXD、RXD引腳上的電平通過(guò)MAX232芯片轉(zhuǎn)換為RS232協(xié)議下的電平值，開(kāi)發(fā)板同樣經(jīng)過(guò)一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路將RS232電平

99、轉(zhuǎn)換為S3C2410所能承受的電平以完成ATmega8與S3C24lO的串口通信。至此，采集板的電路設(shè)計(jì)也完成了。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　1．該設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處：</p><p>　?。?）3G技術(shù)的選擇：</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用了3G技術(shù)。3G技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是：數(shù)據(jù)傳輸

100、速度大幅提升：能夠處理圖像、視頻等多種媒體形式；性價(jià)比高：性能穩(wěn)定，價(jià)格適宜；安全性較好；實(shí)時(shí)性好：數(shù)據(jù)傳輸速度快，所以信息比較流暢；靈活性好，大眾易于接受和推廣。</p><p>　?。?）人體生理指標(biāo)顯示：</p><p>　　.采用體溫測(cè)量?jī)x采集人體體溫信息,方便、快捷，并設(shè)計(jì)了補(bǔ)償電路，提高了測(cè)量裝置的可靠性和準(zhǔn)確性。</p><p>　　.指套式脈搏傳感器

101、采集脈搏信息，方便用戶使用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)護(hù)。</p><p>　　.內(nèi)置心電自動(dòng)分析程序，除了完成心電波形的顯示外，還能通過(guò)對(duì)心電數(shù)據(jù)的分析了解使用者的心血管健康狀況。</p><p>　　.通過(guò)藍(lán)牙模塊將測(cè)試數(shù)據(jù)發(fā)送到手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備，便于用戶實(shí)時(shí)處理及遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)。</p><p>　　2．該儀器可達(dá)到的預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益分析</p><p>　　本產(chǎn)

102、品與人們的身體健康息息相關(guān)，目標(biāo)市場(chǎng)廣闊，可以適用于所有人，尤其是中年以上人群以及特殊監(jiān)護(hù)的病人。</p><p>　　初步預(yù)測(cè)產(chǎn)品的單位成本在350～400元，以3年后國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)銷售量達(dá)到每年上200萬(wàn)塊，每塊按售價(jià)500元計(jì)算，年銷售額將達(dá)十億元；國(guó)外年銷售1000萬(wàn)塊（售價(jià)可定在500～1000元/塊），則銷售額為50～100億元。</p><p><b>　　3、展望&l

103、t;/b></p><p>　　從總體的設(shè)計(jì)目標(biāo)上看，該設(shè)計(jì)科學(xué)可行，有很大的市場(chǎng)潛力和發(fā)展空間,并且可發(fā)揮DSP處理器的強(qiáng)大功能，充分利用資源，是一個(gè)值得投入的項(xiàng)目。最終的目標(biāo)是構(gòu)建一個(gè)嵌入式的人體健康監(jiān)護(hù)平臺(tái)，把一個(gè)“健康顧問(wèn)”帶給更廣泛的人群。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李佳，吳水才

104、等.家庭健康監(jiān)護(hù)儀的研究進(jìn)展.醫(yī)療設(shè)備信息，2007年03期</p><p>　　[2] 代少升，張躍等.便攜式遠(yuǎn)程心電實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)儀的研制.醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2006年09期</p><p>　　[3] 代永陸，唐曉英等.基于嵌入式系統(tǒng)的便攜式多參數(shù)健康監(jiān)護(hù)儀設(shè)計(jì).電子技術(shù)應(yīng)用，2006年09期</p><p>　　[4] 丁建平.基于ARM體系結(jié)構(gòu)的心電數(shù)據(jù)采集系

105、統(tǒng)的研究:[碩士學(xué)位論文].重慶:重慶大學(xué)機(jī)械電子工程系，2005</p><p>　　[5] 齊林，白凈等.多用戶共享型便攜式心電監(jiān)護(hù)儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程， 2007年01期</p><p>　　[6] 梁小容.基于嵌入式Linux的心電中央監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研制:[碩士學(xué)位論文].重慶:重慶大學(xué)機(jī)械電子工程系，2005</p><p>　　[7] 傅

106、竹青.基于嵌入式Limix和MiniGUI的數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試分析儀監(jiān)控終端研究:[碩士學(xué)位論文].武漢:武漢理工大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，2006</p><p>　　[8] 許信順，賈智平.嵌入式Linux應(yīng)用編程.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[9] 深圳市英蓓特信息技術(shù)有限公司 .ARMgLinux基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教程，2005</p><p>　　[

107、10] 深圳市英蓓特信息技術(shù)有限公司 .ARMgLinux實(shí)驗(yàn)教程，2005</p><p>　　[11] JasminBlanehette，Mark Summerfield齊亮譯 .C++ GUI Qt3編程.北京航空航天大學(xué)出版社，2006</p><p>　　[12] 倪繼利.Qt及Linux操作系統(tǒng)窗口設(shè)計(jì).北京:電子工業(yè)出版社，2006</p><p&g

108、t;　　[13] 杜春雷.ARM體系結(jié)構(gòu)與編程.北京:清華大學(xué)出版社，2003</p><p>　　[14] 馬潮，詹衛(wèi)前.ATmegas原理及應(yīng)用手冊(cè).北京:清華大學(xué)出版社，2003</p><p>　　[15] 孫天澤，袁文菊.嵌入式設(shè)計(jì)及Linux驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)指南—基于ARMg處理器(第2版).北京:電子工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[16]

109、孫鑫，余安萍.Vc++深入詳解.北京:電子工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[17] JonathanCorbet， AlessandroRubini著.魏永明，耿岳譯.LUNIX設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序(第三版).北京:中國(guó)電力出版社，2006年l月</p><p>　　[18] 周立功編著.ARM嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程(三).廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司，2005年7月</p>