嵌入式生理參數監測儀的設計

張弦　艾信友　周進　吳凡

摘 要：本文采用嵌入式微處理器STC89C52創作了一種便攜式生理參數監測儀。系統包括心率檢測模塊、體溫檢測模塊和血氧飽和度檢測模塊三大部分。該系統能及時方便的檢測心率、體溫和血氧飽和度等生理參數。在保健及醫療中具有廣闊的應用前景。

關鍵詞：嵌入式；生理參數；監測儀；單片機

1 前言

心率、體溫、血氧飽和度是人體的基本生理參數。便攜式的生理參數監測儀體積小、操作簡單且快捷，適用于家庭應用。89C52是典型的嵌入式微控制器，本次設計采用了89C52作為監護儀的核心單元來完成多參數的監測。生理參數監測儀由信號監測單元和單片機信號處理單元構成，前者通過傳感器監測各種生理信號，并進行放大濾波等處理。后者完成信號的采樣、處理、傳輸、顯示及系統控制。

2 系統設計

系統由心率、體溫、血氧飽和度三個模塊組成，各模塊相對獨立。通過傳感器接收生理信號，經放大濾波后，送入單片機進行控制并顯示。系統結構框圖如圖1所示。

3 硬件設計

硬件系統包括心率、體溫、血氧飽和度三個模塊。

3.1 心率模塊

通過TCRT5000光電傳感器，從指間獲得一個2～5毫伏的心電信號，調理到10V左右作為計數器的輸入脈沖。經過兩級放大、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交流信號，而單片機需要的是單方向的直流脈沖信號。所以需經過檢波后變成單方向的直流脈沖信號，并把檢波后的信號送到RC兩階濾波電路濾除放大后的干擾信號，然后進行電壓比較輸出一個反應心跳頻率的脈沖信號，進入STC89C52單片機處理并顯示。具體結構框圖如圖2所示。

3.2 體溫模塊

體溫監測采用的是一種可編程溫度傳感器，無需復雜的信號處理電路和AD轉換電路就直接與單片機實現數據采集和處理，電路十分簡單。它能快速又準確地測量人體體溫，與傳統的水銀玻璃體溫計相比，具有讀數方便，測量時間短，無污染等優點。

3.3 血氧模塊

血氧監測通過光電檢測傳感器采集透射過血液組織中脈動光強信號，經過固定增益放大和濾波后送入單片機進行數據處理得出血氧飽和度值。無創血氧飽和度的探頭是由兩個不同波長（紅光、紅外光）的發光二極管、一個光電接收器組成。具體結構框圖如圖3所示。

4 軟件設計

系統主程序控制單片機系統按預定的操作方式運行， 它是單片機系統程序的框架。系統上電后，對系統進行初始化。系統初始化之后， 進行定時器中斷、外部中斷、顯示數據等工作，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 結束語

本文設計的嵌入式生理參數監測儀，可以直接將心率、體溫、血氧飽和度三個模塊測得的數據傳送到單片機并顯示出來。該系統可以使病人及時方便的檢測生理參數。該系統具有攜帶方便、操作簡單、成本低、體積小等優點。在保健及醫療中具有廣闊的應用前景。

參考文獻

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