基于C8051F021单片机的脉搏血氧饱和度测量仪的研制

论文摘要

随着改革开放的发展,社会的进步,人民生活水平逐渐提高,各类心脑血管疾病也呈高发趋势;同时,军事领域里的复杂电磁环境下战场救护及高海拔缺氧地区部队人员体征信号监测也是一个很现实的课题;解决这些问题涉及到的一个重要测量参数是肌体的血氧饱和度。传统的测量方法会产生创伤而且不能进行连续实时的测量。光电检测技术的发展可弥补这一不足,基于光电转换原理的血氧饱和度测量方法日渐得到研究人员的广泛关注。本文阐述了基于C8051F021单片机的脉搏血氧饱和度测量仪的总体设计思路、相应软硬件的设计方法及调试过程。本课题主要完成了以下工作:1.硬件电路设计根据脉搏血氧饱和度测量仪的测量原理,设计了以C8051F021单片机为核心的脉搏血氧饱和度测量仪的硬件电路,包括光驱动电路、程序控制增益调节电路、低通滤波和放大电路、直流偏置电路、液晶显示电路和电源等。2.软件设计编程产生时序,控制光源驱动电路;编程实现数据采集、实现检测结果液晶显示及控制整个硬件系统;编程实现信号的增益调节;采用数字滤波技术减少噪声干扰和减少基线漂移;采用自学习阈值判别方法消除运动伪影干扰;采用五点差分法提取脉搏波的特征点。3.数值定标在完成血氧饱和度测量仪硬件系统和信号处理之后,对脉搏血氧饱和度测量仪进行试验以验证测量精度。为了能在实际应用中得到可信的结果,应对测量仪进行数值定标,以取得最准确的定标参数。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 血氧饱和度的概念及研究意义
• 1.2 脉搏血氧饱和度测量仪的原理
• 1.3 脉搏血氧饱和度测量仪的发展历程
• 1.4 脉搏血氧饱和度测量仪的现实应用
• 1.4.1 军事作战上应用
• 1.4.2 民用医疗上应用
• 1.5 脉搏血氧饱和度测量仪的未来趋势
• 1.6 课题研究主要内容
• 1.7 本章小节
• 第二章 脉搏血氧饱和度的测量原理
• 2.1 脉搏血氧饱和度测量中的光学原理
• 2.1.1 郎伯-比尔（Lambert-Beer）定律
• 2.1.2 脉搏容积描记法理论
• 2.1.3 R特征值表
• 2.2 数学模型的分析与改进
• 2.2.1 原始数学模型
• 2.2.2 数学模型的改进
• 2.2.3 两种模型的对比
• 2.3 本章小节
• 第三章 脉搏血氧饱和度测量仪的硬件实现
• 3.1 C8051F021单片机的特性与应用
• 3.1.1 C8051F021单片机的增强功能
• 3.1.2 I/O与数字交叉开关
• 3.2 信号的产生与处理电路
• 3.2.1 光信号的产生驱动电路
• 3.2.2 血氧信号的前置放大
• 3.2.3 低通滤波电路
• 3.3 直流偏置电路
• 3.4 程序控制增益调节电路
• 3.4.1 DAC0832的原理
• 3.4.2 程序控制增益放大的实现
• 3.5 信号的A/D转换电路
• 3.5.1 ADC0的启动运行
• 3.5.2 ADC0的跟踪时序
• 3.5.3 ADC0的建立时间
• 3.6 液晶显示模块
• 3.6.1 SED1335的硬件结构
• 3.6.2 液晶显示的硬件电路
• 3.7 键盘模块
• 3.8 电源模块
• 3.8.1 ±5V电压产生电路
• 3.8.2 ±3V电压产生电路
• 3.9 本章小节
• 第四章 脉搏血氧饱和度测量仪的软件设计
• 4.1 概述
• 4.2 数据的产生
• 4.2.1 时序信号的产生
• 4.2.2 时序信号的输出
• 4.3 数据的处理
• 4.3.1 数据的调节
• 4.3.2 数据的采样
• 4.4 数据的显示
• 4.4.1 显示的流程
• 4.4.2 曲线的显示
• 4.5 本章小节
• 第五章 脉搏血氧饱和度测量仪的算法研究
• 5.1 脉搏血氧信号的计算
• 5.1.1 血氧信号的计算
• 5.1.2 脉搏信号的计算
• 5.2 脉搏血氧信号的提取
• 5.2.1 硬件电路提取的脉搏波形
• 5.2.2 移动平均滤波
• 5.2.3 八点平均移动滤波
• 5.2.4 椭圆Ⅱ R型数字滤波
• 5.2.5 抛物线多项式逼近平滑处理
• 5.3 干扰信号的来源及其处理方法
• 5.3.1 环境光、暗电流
• 5.3.2 工频和其它电磁干扰
• 5.3.3 运动伪差
• 5.4 系统性能分析
• 5.5 本章小节
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A 硬件电路图