嵌入式生理参数监测仪的设计

2013-04-29张弦艾信友周进吴凡

科技创新与应用 2013年6期

张弦　艾信友　周进　吴凡

摘要：本文采用嵌入式微处理器STC89C52创作了一种便携式生理参数监测仪。系统包括心率检测模块、体温检测模块和血氧饱和度检测模块三大部分。该系统能及时方便的检测心率、体温和血氧饱和度等生理参数。在保健及医疗中具有广阔的应用前景。

关键词：嵌入式；生理参数；监测仪；单片机

1 前言

心率、体温、血氧饱和度是人体的基本生理参数。便携式的生理参数监测仪体积小、操作简单且快捷，适用于家庭应用。89C52是典型的嵌入式微控制器，本次设计采用了89C52作为监护仪的核心单元来完成多参数的监测。生理参数监测仪由信号监测单元和单片机信号处理单元构成，前者通过传感器监测各种生理信号，并进行放大滤波等处理。后者完成信号的采样、处理、传输、显示及系统控制。

2 系统设计

系统由心率、体温、血氧饱和度三个模块组成，各模块相对独立。通过传感器接收生理信号，经放大滤波后，送入单片机进行控制并显示。系统结构框图如图1所示。

3 硬件设计

硬件系统包括心率、体温、血氧饱和度三个模块。

3.1 心率模块

通过TCRT5000光电传感器，从指间获得一个2～5毫伏的心电信号，调理到10V左右作为计数器的输入脉冲。经过两级放大、反相后得到跟输入波形同相、且放大的波形。由于放大后的波形是一个交流信号，而单片机需要的是单方向的直流脉冲信号。所以需经过检波后变成单方向的直流脉冲信号，并把检波后的信号送到RC两阶滤波电路滤除放大后的干扰信号，然后进行电压比较输出一个反应心跳频率的脉冲信号，进入STC89C52单片机处理并显示。具体结构框图如图2所示。

3.2 体温模块

体温监测采用的是一种可编程温度传感器，无需复杂的信号处理电路和AD转换电路就直接与单片机实现数据采集和处理，电路十分简单。它能快速又准确地测量人体体温，与传统的水银玻璃体温计相比，具有读数方便，测量时间短，无污染等优点。

3.3 血氧模块

血氧监测通过光电检测传感器采集透射过血液组织中脉动光强信号，经过固定增益放大和滤波后送入单片机进行数据处理得出血氧饱和度值。无创血氧饱和度的探头是由两个不同波长（红光、红外光）的发光二极管、一个光电接收器组成。具体结构框图如图3所示。

4 软件设计

系统主程序控制单片机系统按预定的操作方式运行，它是单片机系统程序的框架。系统上电后，对系统进行初始化。系统初始化之后，进行定时器中断、外部中断、显示数据等工作，不同的外部硬件控制不同的子程序。主程序流程图如图4所示。

5 结束语

本文设计的嵌入式生理参数监测仪，可以直接将心率、体温、血氧饱和度三个模块测得的数据传送到单片机并显示出来。该系统可以使病人及时方便的检测生理参数。该系统具有携带方便、操作简单、成本低、体积小等优点。在保健及医疗中具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]何庆华，吴宝明等.基于单片机的便携式生命参数监护仪的设计[J].医疗卫生装备，2003（11）.

[2]程光，赵崇侃.指动脉搏动波光电传感器的研制[J].南京医学院学报，1991（4）.

[3]王保华.生物医学测量与仪器[M].上海：复旦大学出版社，2009.