基于msp430脈搏血氧儀設(shè)計(jì)-畢業(yè)設(shè)計(jì)論文模板

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　基于MSP430脈搏血氧儀設(shè)計(jì)</p><p>　　2015 年 05 月 25 日</p><p>　院 別計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院</p><p>　專業(yè)名稱生物醫(yī)學(xué)工程</p><p>　班級(jí)學(xué)號(hào)5111126&l

2、t;/p><p>　學(xué)生姓名瞿佳楠</p><p>　指導(dǎo)教師何忠海</p><p><b>　　摘要題目</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　血氧飽和度是判別人體血液中的含氧量，是一個(gè)非常重要的生理指標(biāo)。脈搏血氧儀是一種無(wú)創(chuàng)、連續(xù)、方便

3、的測(cè)量血氧飽和度的儀器，在各種醫(yī)療產(chǎn)所都有廣泛的應(yīng)用，尤其在家庭保健中起著越來(lái)越重要的作用，因此低成本，高性能，低功耗的便攜式血氧儀的需求越來(lái)越高。</p><p>　　本文首先闡明血氧飽和度的研究意義和現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)有創(chuàng)與無(wú)創(chuàng)進(jìn)行對(duì)比，說(shuō)明無(wú)創(chuàng)便攜式血氧儀的優(yōu)越性，其次介紹系統(tǒng)主要采取的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)及這種技術(shù)的優(yōu)越性。其次著重介紹無(wú)創(chuàng)血氧飽和度的測(cè)量理論基礎(chǔ)朗伯—比爾定律及分光度的測(cè)量。</p&

4、gt;<p>　　本設(shè)計(jì)通過(guò)一個(gè)傳感探頭連接手指進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)進(jìn)行計(jì)算，最終于計(jì)算機(jī)終端顯示血氧飽和度。此便攜式血氧儀的高性能是通過(guò)一個(gè)完全模擬前端AFE4400，此器件包含一個(gè)具有集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器的低噪聲接收器通道、一個(gè)LED發(fā)射部件和針對(duì)傳感器以及LED故障檢測(cè)的診斷功能，可進(jìn)行靈活的脈沖排序和定時(shí)控制，具有高動(dòng)態(tài)范圍的接收通道，13個(gè)無(wú)噪聲位，可用于集成式故障診斷，如光電二極管和 LED 開(kāi)路與短

5、路檢測(cè)，線纜接通和斷開(kāi)檢測(cè)，適用于低成本血氧儀。</p><p>　　關(guān)鍵詞：血氧飽和度，便攜式脈搏血氧儀，完全集成模擬前端</p><p>　　English Title</p><p>　　Author：Li Wenkai Tutor：Liu Bingde</p&g

6、t;<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Main body of your abstract</p><p>　　Key Words: key words1, key words2, key words3</p><p>　　英文摘要另起一頁(yè)，其內(nèi)容及關(guān)鍵詞應(yīng)與中文摘要一致，并要符合英語(yǔ)語(yǔ)法，語(yǔ)句通順

7、，文字流暢。并在英文題目下面第一行寫作者(Author)姓名，作者姓名下面的一行寫指導(dǎo)教師(Tutor)姓名，作者姓名和指導(dǎo)教師姓名用漢語(yǔ)拼音寫，右對(duì)齊。(本段刪除)</p><p>　　英文和漢語(yǔ)拼音一律為Times New Roman體，字號(hào)與中文摘要相同，見(jiàn)論文模式樣本。(本段刪除)</p><p><b>　　目 錄</b></p><

8、;p>　　1 緒 論2</p><p>　　1.1 節(jié)標(biāo)題2</p><p><b>　　2 章標(biāo)題A2</b></p><p>　　2.1 節(jié)標(biāo)題2</p><p>　　2.1.1 條標(biāo)題2</p><p><b>　　3 章標(biāo)題B2</b&g

9、t;</p><p>　　3.1 節(jié)標(biāo)題2</p><p>　　3.1.1 條標(biāo)題2</p><p><b>　　結(jié) 論2</b></p><p><b>　　致 謝2</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)2</b>&l

10、t;/p><p><b>　　附 錄2</b></p><p><b>　　附錄A2</b></p><p>　　目錄按章、節(jié)、條三級(jí)標(biāo)題編寫，要求標(biāo)題層次清晰。目錄中的標(biāo)題要與正文中標(biāo)題一致。目錄中應(yīng)包括緒論、論文主體、結(jié)論、致謝、參考文獻(xiàn)、附錄等。(本段刪除)</p><p>　　目錄按（

11、1……、1.1……、1.1.1……）的格式編寫，建議僅列到第三級(jí)。目錄中各章題序的阿拉伯?dāng)?shù)字用Times New Roman體，第一級(jí)標(biāo)題用小4號(hào)黑體，其余用小4號(hào)宋體。題目文字與阿拉伯題號(hào)之間加兩個(gè)空格。目錄的打印實(shí)例見(jiàn)論文模式樣本。(本段刪除)</p><p><b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1血氧飽和度的研究意義</p><

12、;p>　　血氧飽和度（SpO2）是血液中被氧結(jié)合的氧化血紅蛋白（HbO2）的容量占全部可結(jié)合的血紅蛋白（Hb）容量的百分比，即血液中血氧的濃度，它是呼吸循環(huán)的重要生理參數(shù)。而功能性氧飽和度（SaO2）為氧化血紅蛋白（HbO2）濃度與HbO2+Hb濃度之比。因此，監(jiān)護(hù)中常用SaO2來(lái)估計(jì)SpO2的水平由于血液在含氧量不同的情況下吸光率也不同，因此脈搏血氧儀采用紅光和紅外光分別照射人體組織，并通過(guò)測(cè)量透射光的強(qiáng)度來(lái)計(jì)算血氧飽和度的值。

13、SaO2的定義是氧化血紅蛋白與總體血紅蛋白的比例</p><p>　　血液中能否溶入足夠的氧，對(duì)維持生命至關(guān)重要。許多呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)疾病都能引起人體血液中血氧濃度的降低，嚴(yán)重時(shí)可能危及生命。脈搏血氧儀是用于監(jiān)控病人血氧量的醫(yī)療設(shè)備。通過(guò)測(cè)量氧氣水平和心率， 該儀器可以在這些量低于預(yù)設(shè)水平時(shí)發(fā)出警報(bào)聲。因此這種類型的監(jiān)控對(duì)于新生兒和在手術(shù)進(jìn)行時(shí)特別有用。例如，盡早發(fā)現(xiàn)低氧血癥，可以提高麻醉和重危病人的安全性，減

14、少圍術(shù)期和急癥期的意外死亡。而在麻醉中,單獨(dú)使用血氧飽和度監(jiān)測(cè)可減少40%以上的麻醉意外，與二氧化碳監(jiān)測(cè)儀合用則可減少約91%的麻醉意外。而對(duì)于新生兒來(lái)說(shuō)，大多數(shù)處于相對(duì)低氧狀態(tài)，而且采血有一定的困難，因此無(wú)損傷性血氧測(cè)量?jī)x非常有用，可以避免對(duì)腦、肺、眼的損害，起到氣道處理及呼吸復(fù)蘇的效果。另外由于脈搏血氧儀能具有低功耗、微型化、高精度的特點(diǎn)，所以也同樣適用于日常家庭保健和社區(qū)醫(yī)療環(huán)境。</p><p>　　1.

15、2 研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　血氧飽和度的測(cè)量分為有創(chuàng)和無(wú)創(chuàng)兩種方法。有創(chuàng)法是對(duì)人體采血后用血?dú)夥治鰞x</p><p>　　進(jìn)行電化學(xué)分析后測(cè)出血氧飽和度值，這種方法需要?jiǎng)用}穿刺或者插管，對(duì)人體有創(chuàng)，而且電化學(xué)分析過(guò)程較為復(fù)雜，分析周期長(zhǎng)，費(fèi)用較高且無(wú)法進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，但這種方法測(cè)出的血氧飽和度值較為準(zhǔn)確，可應(yīng)用于很多需要準(zhǔn)確血氧飽和度數(shù)據(jù)的場(chǎng)合，如深低溫停循環(huán)手術(shù)、產(chǎn)程中胎兒

16、監(jiān)護(hù)等。無(wú)創(chuàng)血氧飽和度測(cè)量是無(wú)創(chuàng)測(cè)量是基于光電檢測(cè)原理，根據(jù)心臟搏動(dòng)引起的人體手指內(nèi)動(dòng)脈血量的周期性變化的特性，動(dòng)脈血液中氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白對(duì)紅光和紅外光的吸收率不同，通過(guò)檢測(cè)血液容量波動(dòng)引起的光吸收量的變化，從而計(jì)算動(dòng)脈血液對(duì)紅光和紅外光吸收變化率的比值，然后根據(jù)這個(gè)比值與動(dòng)脈血氧飽和度的關(guān)系，從而求出動(dòng)脈血氧飽和度的值。有創(chuàng)法給被監(jiān)測(cè)者帶來(lái)痛苦，且不能連續(xù)監(jiān)測(cè)，而無(wú)創(chuàng)法具有安全、可靠、連續(xù)、實(shí)時(shí)、快捷及無(wú)損傷等優(yōu)點(diǎn)，得到臨床

17、普遍歡迎和廣泛應(yīng)用。</p><p>　　目前脈搏式血氧儀是以發(fā)光二極管為光源,硅管為光傳感器,用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理，主要處理耳垂、指尖等動(dòng)脈血豐富組織較薄處。世界知名公司如Masimo、Nelleor、philips、Mindray和CSI公司主要在血氧探頭、信號(hào)處理方面的改進(jìn)以提高血氧測(cè)量的性能。國(guó)內(nèi)Mindray已經(jīng)成功應(yīng)用了時(shí)頻變換技術(shù)，開(kāi)發(fā)出了高性能的血氧模</p><p>

18、　　塊。弱灌注性能方面，也能夠比較準(zhǔn)確的測(cè)量出信號(hào)強(qiáng)度為0.05%的脈搏信號(hào)，縮短了與國(guó)外公司之間的差距。</p><p>　　近年來(lái)，由于市場(chǎng)的需要，便攜式無(wú)線血氧監(jiān)測(cè)逐漸取代了有線血氧儀。而光-頻率轉(zhuǎn)換器的數(shù)字血氧探頭的出現(xiàn)，給脈搏血氧儀的研究帶來(lái)了新的課題和方向。傳統(tǒng)的模擬探頭提供的是模擬信號(hào)，而基于光-頻率轉(zhuǎn)換器的數(shù)字探頭提供的是一定頻率占空比為50%的方波信號(hào)。模擬信號(hào)需要經(jīng)過(guò)預(yù)處理和放大后送AD采樣，

19、然后由MCU作各種信號(hào)處理最終得出正確的測(cè)量結(jié)果，而數(shù)字信號(hào)只需要對(duì)探頭輸出的信號(hào)頻率進(jìn)行分析和計(jì)數(shù)，然后進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)處理即可?？梢院苊黠@看出，基于模擬探頭的血氧儀需要更多的硬件元器件和系統(tǒng)開(kāi)銷，其功耗和體積都比較大，而基于數(shù)字探頭的血氧儀則在低功耗和微型化方面具有先天的優(yōu)勢(shì)，但是數(shù)字探頭對(duì)傳統(tǒng)的信號(hào)采集和分析理論又是一個(gè)挑戰(zhàn)，需要用全新的信號(hào)分析方法去處理信號(hào)。</p><p>　　1.3 數(shù)字信號(hào)處理技

20、術(shù)</p><p>　　數(shù)字信號(hào)處理(Digital Signal Processing)技術(shù)已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。數(shù)字信號(hào)處理是利用專用處理器件，以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等處理，以得到符合人們需要的信號(hào)形式。其處理基礎(chǔ)是數(shù)字計(jì)算機(jī)和算法。算法一旦建立，設(shè)計(jì)者就要尋找合適的計(jì)算機(jī)來(lái)最有效地實(shí)現(xiàn)它們。最開(kāi)始的目標(biāo)是在可以接受的時(shí)間內(nèi)對(duì)算法作仿真。隨后是將波形存儲(chǔ)起來(lái)，

21、事后再加以處理。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和 DSP 技術(shù)與器件的發(fā)展，這種仿真和脫機(jī)處理逐步演變成為實(shí)時(shí)處理。</p><p>　　連續(xù)信號(hào)的基本數(shù)學(xué)模型是基于 19 世紀(jì)提出的拉普拉斯變換和付氏變換。通過(guò)簡(jiǎn)單的擴(kuò)展和適當(dāng)?shù)慕忉專纯赏瞥鲭x散信號(hào)的 Z 變換。1965 年，庫(kù)利(Cooley)和圖基(Tukey)提出了著名的快速付氏變換(Fast Fourier Transform,FFT)，極大地降低了付氏變換的計(jì)算量，

22、從而為數(shù)字信號(hào)的實(shí)時(shí)處理奠定了算法基礎(chǔ)。近年來(lái)，在 DSP 的各種快速算法、模糊和遺傳算法等方面都不斷有所進(jìn)展。在通常的信號(hào)處理中，采用數(shù)字技術(shù)有許多的優(yōu)點(diǎn)，DSP 所能完成的功能，有許多靠模擬技術(shù)完成起來(lái)很困難，甚至是無(wú)法完成的。</p><p>　　數(shù)字技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)概述如下:</p><p><b>　　1.可控性</b></p><p>

23、;　　可以只設(shè)計(jì)一個(gè)硬件配置,然后設(shè)計(jì)各種軟件來(lái)執(zhí)行多種多樣的信號(hào)處理任務(wù)。例如一個(gè)數(shù)字濾波器可以通過(guò)重新編程來(lái)完成低通、高通、帶通、帶阻等不同的濾波任務(wù),而不需要改變硬件。而在模擬系統(tǒng)中,隨著功能的不同,所有的設(shè)計(jì)都必須改變。</p><p>　　在很多情況下,甚至不需要重新編程,而只需要改變有關(guān)的數(shù)據(jù)和操作就可以完成不同的任務(wù),而在模擬系統(tǒng)中,這樣作是很困難的。</p><p><

24、;b>　　2穩(wěn)定性好</b></p><p>　　模擬電路中的電阻、電容、運(yùn)算放大器等器件的特性都會(huì)隨著溫度的改變而改變;這就意味著一個(gè)模擬電路的性能在不同的溫度時(shí)會(huì)有差別,而數(shù)字電路在其保證的工作范圍內(nèi)受溫度變化的影響就要小得多。</p><p>　　此外對(duì)于模擬電路來(lái)說(shuō),還必須考慮到器件及制造器件的材料的壽命。器件及制造材料的壽命對(duì)整個(gè)電路的性能有極大的影響。對(duì)于模擬

25、電路來(lái)說(shuō)此類問(wèn)題是不可克服的。但對(duì)于數(shù)字信號(hào)處理器,它們所帶來(lái)的影響要小得多。DSP電路還可以通過(guò)編程來(lái)檢測(cè)和補(bǔ)償模擬系統(tǒng)的變化。</p><p><b>　　3可重復(fù)性好</b></p><p>　　數(shù)字系統(tǒng)本身就固有可重復(fù)性。如果用500臺(tái)計(jì)算機(jī)去計(jì)算同一個(gè)序列的和,則它們會(huì)提供一模一樣的答案。但如果將同樣的信號(hào)輸人配置相同的50O個(gè)模擬系統(tǒng),每個(gè)系統(tǒng)的輸出都不會(huì)

26、相同。其原因非常簡(jiǎn)單,模擬系統(tǒng)中的器件的性能各不相同。電阻允許的誤差通常是其阻值的5%,更高檔的可能是2%或1%。電容的誤差是20%或更差。與此相類似,模擬半導(dǎo)體器件也有其技術(shù)規(guī)格的范圍,制造過(guò)程中的各種條件變化使得器件與器件各不相同。這就意味著,即便是設(shè)計(jì)完全相同的模擬系統(tǒng),其性能也是各不相同的。</p><p>　　4.易于實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)算法</p><p>　　一個(gè)DSP系統(tǒng)可以很容易地

27、自適應(yīng)于外部環(huán)境的改變。自適應(yīng)算法只是計(jì)算新的參數(shù),并存儲(chǔ)起來(lái),取代原有的值。一些基本的自適應(yīng)功能在模擬系統(tǒng)中是可能實(shí)現(xiàn)的,但類似于噪聲消除等復(fù)雜的自適應(yīng)變化就非模擬系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　5.大規(guī)模集成</b></p><p>　　隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展,各種新型的大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路不斷涌現(xiàn)。與模擬電路相比,數(shù)字電路的集成度可以高得多。特別

28、是和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起,使得數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的功能越來(lái)越強(qiáng)。DSP器件就是基于超大規(guī)模集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的、適合于作數(shù)字信號(hào)處理的高速高位單片計(jì)算機(jī)。它們體積小,功能強(qiáng),功耗小,產(chǎn)品一致性好,使用方便,性能/價(jià)格比很高,從而得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　2 脈搏血氧飽和度的測(cè)量原理和方法</p><p>　　2.1無(wú)創(chuàng)血氧飽和度測(cè)量理論基礎(chǔ)</p>

29、<p>　　無(wú)創(chuàng)血氧測(cè)量的基本原理是根據(jù)組織對(duì)特定頻率光的吸收特性，利用光在組織中傳播的吸收效應(yīng)來(lái)獲取和研究生物組織生理的、代謝的和結(jié)構(gòu)的有用信息，定量確定生物組織在不同光譜區(qū)的光學(xué)特性，為臨床實(shí)踐和理論研究提供方便可靠的指標(biāo)，具有安全、可靠、連續(xù)及無(wú)損的特點(diǎn)，具有十分廣泛的研究、應(yīng)用前景。</p><p>　　根據(jù)朗伯一比爾定律(Lambert一Beer)，物質(zhì)在一定波長(zhǎng)處的吸光度和他的濃度成正比。人

30、體手指、腳趾或耳垂等部位的組織是由皮膚、血液、肌肉、骨骼等組成的，用一定波長(zhǎng)的光照射這些組織時(shí)，經(jīng)過(guò)組織吸收、反射衰減后，由光敏元件探測(cè)到的透射（或反射)光是在一個(gè)相對(duì)比較穩(wěn)定的直流分量(DC)上迭加一個(gè)較小的脈動(dòng)分量(交流分量AC)的脈搏波。直流分量是由非脈動(dòng)組織(肌肉、靜脈血、皮膚、骨骼等)對(duì)光吸收產(chǎn)生，交流分量是由血液充盈動(dòng)脈變化引起的光吸收容量變化產(chǎn)生。脈搏血氧儀就是通過(guò)探測(cè)這個(gè)交流變化量，并消除非血液組織的直流分量的影響，并根

31、據(jù)一套精密復(fù)雜的算法，測(cè)得血氧飽和度。</p><p>　　脈搏血氧飽和度是基于改變血液顏色的分光光度測(cè)量。含氧血液是鮮明的紅色，而脫氧的血有一個(gè)特點(diǎn)是深藍(lán)色。血液在可見(jiàn)光（即在400和700nm之間）和近紅外（即在700到1000nm之間）光譜區(qū)的光學(xué)性質(zhì)取決于由血液攜帶氧氣的量。</p><p>　　該方法利用了紅光在光譜660nm周圍區(qū)域，對(duì)比含氧血紅蛋白，脫氧血紅蛋白具有較高的光吸

32、收系數(shù)的事實(shí)。如圖1所示。另一方面，光譜在940nm周圍的近紅外區(qū)域，相比含氧血紅蛋白，脫氧血紅蛋白光吸收降低。在等吸收波長(zhǎng)（即805nm），即兩條曲線交叉時(shí)，光的吸收率是獨(dú)立的血氧水平。</p><p>　　圖1含氧與脫氧血在紅外光和紅光的吸收</p><p>　　通過(guò)均勻的溶液的特定波長(zhǎng)的光的吸光度可通過(guò)比爾 -蘭伯特定律精確地確定，用下面的方程</p><p>

33、;　　Ιt ＝Ιo·е- acd</p><p>　　其中Ιt是透射光強(qiáng)度，Ιo是入射光強(qiáng)度，a是樣品的具體吸收系數(shù)，c是樣品的濃度，并且d是光傳輸路徑的長(zhǎng)度。</p><p>　　假定包含由血紅蛋白和含氧血紅蛋白的兩組均勻混合物的溶血血樣，并且有這些組分的混合物的光吸收是額外的。然而，在生物介質(zhì)中其它變量，諸如骨骼，皮膚，組織，肌肉和血液也散射光。光的吸收也取決于皮膚的厚度和

34、顏色。因此，比爾 - 朗伯定律是無(wú)法解釋所有這些變量。</p><p>　　現(xiàn)代脈搏血氧飽和度依賴于由心臟的周期性收縮舒張產(chǎn)生的動(dòng)脈血的變化量而生的光體積描記（PPG）信號(hào)的檢測(cè)。如圖2，PPG信號(hào)的幅度取決于在每個(gè)收縮周期中從心臟噴射的血液量，血液的光吸收，皮膚和各種組織成分的吸收，和用來(lái)照亮血管組織床的特定波長(zhǎng)。</p><p>　　圖2 光衰減通過(guò)組織的變化特征說(shuō)明動(dòng)脈搏動(dòng)的節(jié)奏效果

35、</p><p>　　在心臟收縮期，當(dāng)動(dòng)脈搏動(dòng)是在它的高峰期，在組織中的血液量增加。這種額外的血液吸收更多的光，從而減少了其透射或反向散射的光強(qiáng)度。</p><p>　　在心舒張期間，血液較少存在于血管床，從而增加傳輸或反向散射的光的量。</p><p>　　PPG信號(hào)的脈動(dòng)部分被認(rèn)為是“AC”分量，非脈動(dòng)的一部分，大部分產(chǎn)生于靜脈血，皮膚和組織，被稱為的“DC”分

36、量。在LED亮度或檢測(cè)器的靈敏度的一個(gè)偏差可以改變由所述傳感器檢測(cè)到的光的強(qiáng)度。這對(duì)傳輸或反向散射光強(qiáng)度的依賴可以通過(guò)使用歸一化技術(shù)，其中的交流分量由DC分量劃分來(lái)補(bǔ)償，如在給定的下面的等式：</p><p>　　R ACR∕DCR</p><p>　　= ———— </p><p>　　IR

37、 ACIR∕DCIR</p><p>　　因此，由于靜脈血或周圍組織的不隨時(shí)間變化的吸收不具有對(duì)測(cè)量的任何影響。這個(gè)歸一化進(jìn)行同時(shí)為紅色（R）和紅外（IR）波長(zhǎng)的光，如圖3的歸一化的R/IR“比率的比率”然后可以憑經(jīng)驗(yàn)有關(guān)血氧飽和度，如圖4，當(dāng)比率為1時(shí)，血氧飽和度值約85％。</p><p>　　大多數(shù)脈搏血氧儀測(cè)量在兩個(gè)不同的波長(zhǎng)吸光度，并利用從CO-血氧測(cè)量?jī)x通過(guò)憑經(jīng)驗(yàn)查找為

38、血氧飽和度值收集數(shù)據(jù)校準(zhǔn)。</p><p>　　SaO2％=A-B?（R∕IR）</p><p>　　其中基于對(duì)每個(gè)波長(zhǎng)在脈動(dòng)分量（AC）是由相應(yīng)的非脈動(dòng)分量（DC）劃分歸一化。并且，是與特定吸收線性回歸系數(shù)血紅蛋白和含氧血紅蛋白的系數(shù)，常量A和B是根據(jù)在被檢體內(nèi)的校準(zhǔn)通過(guò)關(guān)聯(lián)的脈沖計(jì)算出的比率而得經(jīng)驗(yàn)。血氧儀對(duì)血氧飽和度的動(dòng)脈血液樣本通過(guò)體外血氧儀的大集團(tuán)的對(duì)象。脈搏血氧儀讀取血液中的血

39、氧飽和度足夠準(zhǔn)確為正常情況下的臨床使用，因?yàn)樗鼈兪褂没谠趫D4中所示的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)曲線。</p><p>　　圖3規(guī)范化的R和IR波長(zhǎng)以消除在入射光強(qiáng)度或檢測(cè)器靈敏度的變化的影響</p><p>　　圖4動(dòng)脈血氧飽和度和規(guī)范化（R/IR）之間的比率的實(shí)證關(guān)系</p><p><b>　　3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</b></p><

40、p>　　3.1 總體方案的設(shè)計(jì)思想和系統(tǒng)框圖</p><p>　　測(cè)量血氧飽和度時(shí),由MSP43OF5529單片機(jī)定時(shí)發(fā)送一路探測(cè)信號(hào)到光源驅(qū)動(dòng)模塊，同時(shí)檢測(cè)光敏二極管接收到透射波所產(chǎn)生的光敏信號(hào)，通過(guò)閡值判斷是否有手指放入等待檢測(cè)。該閉值的具體數(shù)值需由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。若經(jīng)過(guò)檢測(cè)沒(méi)有手指放入則返回等待下次檢測(cè),以節(jié)省功耗。當(dāng)檢測(cè)到有手指放入后啟動(dòng)測(cè)量。由單片機(jī)周期性發(fā)送兩路脈沖到光源驅(qū)動(dòng)模塊，經(jīng)過(guò)放大的脈沖信號(hào)送

41、到紅光和紅外光的光電二極管上,使其周期性發(fā)射紅、紅外光脈沖,形成光調(diào)制。調(diào)制光脈沖信號(hào)透過(guò)組織后被光敏二極管接收，轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，就得到了經(jīng)過(guò)調(diào)制的光電容積脈搏波信號(hào)。將兩路信號(hào)分別送入單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)過(guò)軟件濾波等數(shù)字處理之后提取脈搏波特征點(diǎn)并計(jì)算得出所測(cè)的血氧飽和度值，將所測(cè)結(jié)果送液晶顯示，同時(shí)通過(guò)可選擇通過(guò)USB通訊模塊送PC機(jī)處理。</p><p><b>　　圖5 系統(tǒng)框圖</b

42、></p><p>　　圖5描繪了系統(tǒng)的框圖,兩個(gè) LED 燈以 500 次每秒時(shí)分復(fù)用, 因此 PIN 二極管被不同的LED 燈源交替激活。 PIN 二極管的信號(hào)被運(yùn)算放大器 OA0 和 OA1 放大，ADC12 對(duì)兩個(gè)放大器的輸出進(jìn)行采樣。采樣通過(guò) ADC12 的硬件被正確排序，MCU 軟件對(duì)紅外燈部分和紅燈部分進(jìn)行分離。 </p><p>　　SaO2的水平和心率在 LCD 上

43、進(jìn)行顯示。實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)也通過(guò) RS232 傳輸?shù)絇C。一個(gè)單獨(dú)的 PC 軟件顯示這些數(shù)據(jù)的圖形跟蹤。除了 MCU 和四個(gè)晶體管，這個(gè)設(shè)計(jì)只需要一些無(wú)源器件。 這里使用一個(gè)場(chǎng)外的現(xiàn)成 Nellcor 兼容探頭 520-1011N。這個(gè)探頭有一個(gè)手指甲大小的集成傳感器并且使用非常方便。探頭的輸入是一個(gè) D 型 9 針連接器。</p><p>　　德州儀器MSP430系列微控制器的體系結(jié)構(gòu),結(jié)合廣泛的低功耗模式,優(yōu)化來(lái)

44、達(dá)到延長(zhǎng)電池壽命在便攜式測(cè)量的應(yīng)用。設(shè)備功能強(qiáng)大的16位RISC CPU、16位寄存器和最大的代碼效率。數(shù)控振蕩器(DCO)允許在3.5μs(典型的)從低功耗模式喚醒到主動(dòng)模式。</p><p>　　MSP430F5529單片機(jī)配置集成的USB層和物理層支持USB 2.0,四個(gè)16位定時(shí)器,一個(gè)高性能的12位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC),兩個(gè)通用串行通信接口(USCI),硬件乘法器、DMA、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊與報(bào)警功能,和

45、63 I / O口線。MSP430的CPU是高效的16位RISC體系結(jié)構(gòu)。所有指令操作,包括七種源操作數(shù)的尋址模式和四種目的操作數(shù)的尋址模式。CPU集成提供的16個(gè)寄存器減少指令執(zhí)行時(shí)間。其中寄存器到寄存器的操作執(zhí)行時(shí)間是一個(gè)CPU時(shí)鐘周期。R0- R3四個(gè)寄存器,是專用程序計(jì)數(shù)器,狀態(tài)寄存器和堆棧指針、常數(shù)發(fā)生器。剩下的寄存器是通用寄存器。外圍設(shè)備連接到CPU使用數(shù)據(jù),地址和控制總線,可以處理所有指令。指令集包含原51種。三種格式和七

46、個(gè)地址擴(kuò)展模式和額外的指令地址范圍。每條指令可以操作的字和字節(jié)數(shù)據(jù)。MSP430的有一個(gè)活躍的模式和六個(gè)軟件可選的低功耗模式的操作。一個(gè)中斷事件可以喚醒設(shè)備。RAM內(nèi)存由n個(gè)扇區(qū)。每個(gè)扇區(qū)可以完全關(guān)閉以節(jié)省泄漏,然而所有數(shù)據(jù)丟失。有8個(gè)8位的I / O端口實(shí)現(xiàn):80引腳封裝包括,P1,P2,P3,P4,P5、P6和P7,P8是3個(gè)IO口線。所</p><p>　　AFE4400 是一款非常適合于脈沖血氧儀應(yīng)用的完

47、全集成模擬前端 (AFE)。 此器件包含一個(gè)具有集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC的低噪聲接收器通道、一個(gè)LED發(fā)射部件和針對(duì)傳感器以及LED故障檢測(cè)的診斷功能。完全集成模擬前端，用于脈沖血氧儀 ，可進(jìn)行靈活的脈沖排序和定時(shí)控制。發(fā)射集成發(fā)光二極管LED驅(qū)動(dòng)器（H橋、推挽），動(dòng)態(tài)范圍95dB。LED電流可編程至具有8位電流分辨率的50mA電流。低功耗、可編程LED接通時(shí)間，獨(dú)立的LED2和LED1電流基準(zhǔn)。具有高動(dòng)態(tài)范圍的接收通道，13個(gè)無(wú)噪聲位。集

48、成數(shù)字環(huán)境估算和刪減，靈活的接收采樣時(shí)間，具有可編程 LED 設(shè)置的靈活轉(zhuǎn)阻放大器?？捎糜诩墒焦收显\斷，如光電二極管和 LED 開(kāi)路與短路檢測(cè)，線纜接通和斷開(kāi)檢測(cè)。應(yīng)用于低成本醫(yī)療脈沖血氧儀應(yīng)用、光學(xué)心率監(jiān)視器 (HRM)和工業(yè)光測(cè)量等應(yīng)用。</p><p>　　采集和信號(hào)調(diào)理所需的關(guān)鍵部件是LED，光探測(cè)器和AFE。TI的afe4400，結(jié)合LED驅(qū)動(dòng)電路和光電二極管的信號(hào)在一個(gè)單一的計(jì)劃調(diào)節(jié)電路，這是新一代

49、的模擬前端可驅(qū)動(dòng)LED電流采用H橋能驅(qū)動(dòng)多達(dá)150毫安的配置，具有短路保護(hù)。他們還可以增加動(dòng)態(tài)范圍大于105 dB和創(chuàng)建一個(gè)參考電流獨(dú)立的紅外和紅色發(fā)光二極管。</p><p>　　圖6 AFE集成LED驅(qū)動(dòng)電路和光電二極管信號(hào)</p><p>　　3.1.1 LED 脈沖的生成</p><p>　　圖7 LED 驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　

50、　有兩個(gè) LED 燈，一個(gè)用于可見(jiàn)紅光波長(zhǎng)，另一個(gè)用于紅外波長(zhǎng)。 在 Nellcor 兼容探頭中，這兩個(gè) LED 被背靠背連接。 為了點(diǎn)亮它們，一個(gè) H 橋被安排使用。圖 2 對(duì)該電路進(jìn)行了說(shuō)明。 Port 2.3 和 Port 2.2 驅(qū)動(dòng)這個(gè)互補(bǔ)電路。一個(gè) DAC0 控制通過(guò) LED 的電流，從而控制它的光輸出水平。 這整個(gè)電路是時(shí)分復(fù)用的。 在 MSP430FG437 中， 內(nèi)部的 12 位 DAC0 通過(guò) DAC 控制寄存器的軟

51、件控制可以被連接到MCU 的引腳 5 或引腳 10。當(dāng)一個(gè)引腳沒(méi)有被選擇來(lái)輸出 DAC0 信號(hào)，它被設(shè)置為 Hi-Z 或低電平。每個(gè)晶體管的基極有一個(gè)下拉電阻來(lái)保證當(dāng)該晶體管沒(méi)被選擇時(shí)它處于關(guān)閉狀態(tài)。</p><p>　　3.1.2 采樣和調(diào)整 PIN 二極管信號(hào)</p><p>　　圖 8 輸入前端電路和 LED 控制</p><p>　　光二極管從接收到的光中產(chǎn)

52、生電流。電流信號(hào)通過(guò)一個(gè)跨阻放大器被放大。OA0，三個(gè)內(nèi)置運(yùn)算放大器之一，被用來(lái)放大這個(gè)信號(hào)。由于電流信號(hào)非常小，這個(gè)放大器擁有一個(gè)低的漂移電流就很重要。 </p><p>　　從 OA0 輸出的信號(hào)由一個(gè)大的直流部分（大約 1V）和一個(gè)小的 AC 部分（大約 10mV峰峰值）。 大的直流部分是由身體組織軸承部件的缺氧和散光引起的。 這部分信號(hào)是 LED 發(fā)出光強(qiáng)度的一部分。 小的交流部分由氧軸承部件比如動(dòng)脈的光

53、調(diào)制加上 50/60Hz 環(huán)境光噪聲組成。 這部分信號(hào)需要被提取和放大。 </p><p>　　LED 的電平控制使用圖 2 的電路努力保持 OA0 的輸出在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。正常的紅色 LED和紅外的紅色 LED 被分別控制在這預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。 兩個(gè) LED 的輸出在一個(gè)小的寬限內(nèi)有效地相互匹配。 </p><p>　　OA0 輸出的交流部分的提取和放大被第二級(jí) OA1 執(zhí)行。直流跟蹤濾波器提取信

54、號(hào)的直流部分并把它用作 OA1 的偏移輸入。由于 OA1 只放大其識(shí)別的兩個(gè)終端信號(hào)間的差，因而只有輸入信號(hào)的交流部分被放大。直流部分被有效濾除了。 OA1 的偏移也被放大并被加到了輸出信號(hào)中。這需要在稍后被濾除。</p><p>　　3.1.3硬件的時(shí)分復(fù)用</p><p>　　圖 9 硬件的時(shí)分復(fù)用</p><p>　　Timer A 被用來(lái)控制復(fù)用序列和自動(dòng)開(kāi)

55、始 ADC 轉(zhuǎn)換。 </p><p>　　在 CCR0 中斷中，一個(gè)新的 LED 序列被初始化并有如下操作： </p><p>　　? DAC12_0 控制位 DAC12OPS 根據(jù)哪一個(gè)LED被驅(qū)動(dòng)來(lái)置位或清零。端口2被設(shè)置來(lái)點(diǎn)亮相應(yīng)的LED。 </p><p>　　? DAC12_0 的新值被設(shè)置為相應(yīng)的光強(qiáng)水平 </p><p>　　?

56、 DAC12_1 被設(shè)置為對(duì)某個(gè)特定 LED 的直流跟蹤濾波器輸出 注意 OA1 放大 OA0 OUT 和 DAC12_1 間的差值。 </p><p>　　隨著可見(jiàn)光 LED 的強(qiáng)度被調(diào)整， DAC12_1 信號(hào)會(huì)由于針對(duì)兩個(gè) LED 的 OA0 輸出相等而變成一條直線。 ADC 轉(zhuǎn)換被自動(dòng)觸發(fā)。它采兩個(gè)樣，一個(gè)是針對(duì)直流跟蹤的 OA0 輸出，另一個(gè)是 OA1輸出，它們來(lái)計(jì)算心跳和氧氣水平。這兩個(gè)樣品使用內(nèi)部采

57、樣計(jì)時(shí)器通過(guò)設(shè)置 ADC 控制寄存器中的 MSC 位來(lái)一個(gè)接著一個(gè)取樣。 為了節(jié)省電力， 在ADC轉(zhuǎn)換完成時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷， 通過(guò)把DAC12_0清零來(lái)告訴MCU關(guān)掉 LED。</p><p>　　3.1.4交流部分的信號(hào)調(diào)節(jié)</p><p>　　圖 10 交流部分的信號(hào)調(diào)節(jié)</p><p>　　OA1 的輸出被 ADC 以 1000 sps 采樣， 在紅外-紅色

58、LED 和正常-紅色 LED 間交替。因此每個(gè) LED 信號(hào)以 500 sps 速率被采樣。 OA1 輸出采樣必須去掉直流分量。 一個(gè)高通數(shù)字濾波器在這里是不切實(shí)際的， 因?yàn)橐蟮慕刂诡l率非常低。取而代之的是一個(gè) IIR 濾波器被用來(lái)跟蹤直流電平。然后直流被從輸入信號(hào)中減去來(lái)得到最終的交流數(shù)字信號(hào)。 </p><p>　　采樣的信號(hào)被數(shù)字濾波來(lái)去掉 50Hz 和以上的環(huán)境噪聲。 一個(gè)轉(zhuǎn)折頻率為 6Hz 和在 50

59、Hz及以上頻率有-50dB 衰減的低通 FIR 濾波器被采用。 在這個(gè)階段，信號(hào)類似于通過(guò)動(dòng)脈的心跳脈沖。</p><p>　　3.1.5直流跟蹤濾波器</p><p>　　圖 11 跟蹤濾波器框圖</p><p>　　這是一個(gè) IIR 濾波器。該濾波器的工作能被很好地直觀理解。這個(gè)濾波器會(huì)在上次輸出值的基礎(chǔ)上加上輸入值和上次輸出值的差的一小部分來(lái)組成新的輸出值。

60、如果輸入有一個(gè)階躍變化， 通過(guò)一段時(shí)間后輸出將變?yōu)楹洼斎胂嗤?變化率由系數(shù) K 來(lái)控制。 K 通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到。因此如果輸入包含交流部分和直流部分， 系數(shù) K 會(huì)相當(dāng)小來(lái)產(chǎn)生相對(duì)于交流部分頻率的時(shí)間常數(shù)。通過(guò)一段時(shí)間后，交流部分會(huì)在累加過(guò)程中被取消，輸出只會(huì)跟蹤輸入的直流部分。 為了保證有充足的動(dòng)態(tài)范圍，計(jì)算在雙精度下完成，32 位。最終只有最有意義的 16 位被使用。</p><p><b>　　3.1

61、.6通信鏈接</b></p><p>　　微控制器是用于計(jì)算心臟速率，合并所述運(yùn)動(dòng)傳感器的數(shù)據(jù)，并處理該AFE的信息。微控制器應(yīng)具有特定的功能，包括維護(hù)上下文在所有時(shí)間的能力。它也應(yīng)該有一個(gè)有限的功率預(yù)算，因?yàn)樗鼤?huì)持續(xù)運(yùn)行，沒(méi)有人愿意耗盡電池。運(yùn)動(dòng)傳感器傳感器是人機(jī)界面（HMI）的基本組成部分。他們幫助系統(tǒng)識(shí)別的背景和的環(huán)境條件。運(yùn)動(dòng)傳感器如加速計(jì)，陀螺儀，和磁力幫助確定是否一人就座，散步，或跑步。它

62、們識(shí)別手臂，手腕或其他特定部分的取向鍵元件身體在那里活動(dòng)監(jiān)視器所在的。它們還有助于以跟蹤移動(dòng)距離和增加的分辨率提供的系統(tǒng)的更準(zhǔn)確的位置在GPS與航位推算算法。</p><p><b>　　3.1.7通信鏈接</b></p><p>　　系統(tǒng)具有無(wú)線和有線通信鏈路。所述無(wú)線通信鏈路是基于在BLE和是基于、BR-LE4.0-S2A，一個(gè)FCC認(rèn)證（美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)）系統(tǒng)

63、級(jí)的PCB（印刷電路板）的模塊可在網(wǎng)上，只需要很少的外部元件。該模塊可與基于AT的命令和易于使用，因?yàn)樗ㄓ糜谔幚硭械木W(wǎng)絡(luò)處理器通過(guò)藍(lán)牙4.0協(xié)議棧所需的事務(wù)。有線通信是基于USB2.0。微控制器的內(nèi)置模塊只需要很少的外部元件。 USB也用于充電的鋰聚合物電池。</p><p>　　3.1.8電池充電器和電池電量計(jì)</p><p>　　電池充電器工作于任一USB端口或AC適配器，并且支

64、持充電電流高達(dá)1.5 A的輸入電壓范圍輸入過(guò)壓保護(hù)支持非穩(wěn)壓適配器。 USB輸入電流限制精度和啟動(dòng)序列使電池充電器以滿足USB-IF的浪涌電流規(guī)范。此外，輸入功率動(dòng)態(tài)管理防止充電器崩潰錯(cuò)誤地配置USB來(lái)源。電池電量計(jì)電路易于配置的微控制器外設(shè)提供系統(tǒng)端電量計(jì)量的單節(jié)鋰離子電池。該器件只需要極少的用戶配置和系統(tǒng)微控制器固件發(fā)展。在電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)采用阻抗跟蹤算法的電量計(jì)量，并提供信息，如剩余電池容量（mAh），狀態(tài)充電（％）和電池電壓（毫伏

65、）。</p><p>　　在脈搏血氧儀應(yīng)用CPU的操作可大致分為兩種模式;紅外（IR）LED操作和視覺(jué)紅色（VS）的LED操作。 CPU進(jìn)入這些模式的順序，每2毫秒。在每個(gè)模式中，沿著與相應(yīng)的LED和各種外圍設(shè)備的CPU的是活性為?0.4毫秒，然后進(jìn)入低功耗模式與兩個(gè)發(fā)光二極管關(guān)斷期間（?0.6毫秒）的其余部分。四晶體管H橋是一個(gè)可變?cè)鲆骐娐罚浣油ê痛蜷_(kāi)的發(fā)光二極管斷開(kāi)，這排列消耗由板所消耗的總電流的顯著部分所

66、消耗的電流，然而，取決于用于轉(zhuǎn)DAC0輸出開(kāi)在NPN晶體管。的DAC0輸出控制LED的光強(qiáng)度，使得它們很好預(yù)先確定的目標(biāo)范圍內(nèi)。光強(qiáng)度控制在軟件中通過(guò)比較完成</p><p>　　LED光強(qiáng)度與以前的高目標(biāo)，低門檻采樣[FIRST_STAGE_TARGET_HIGH和FIRST_STAGE_TARGET_LOW，如果LED亮度超出目標(biāo)范圍，細(xì)或粗步數(shù)被用于將LED亮度早在正確的方向。該DAC0_DAT寄存器，然后

67、裝入相應(yīng)的數(shù)據(jù)。 LED燈強(qiáng)度應(yīng)該是相當(dāng)高的，因?yàn)槿跣盘?hào)給在后期效果差。由于DAC12_0DAT寄存器的值發(fā)生變化取決于以前的采樣數(shù)據(jù)分，脈搏血氧儀板的電流消耗是不一樣的. 在所有時(shí)間。為了易于消耗電流計(jì)算，4-晶體管H橋的操作可以被分成兩種案例（案例1和案例2）。這些案例代表了兩個(gè)極端的H橋電流消耗場(chǎng)景：</p><p>　　案例1指的情況是DAC12_0DAT = 0x047E，這意味著，VThof NPN晶

68、體管=</p><p>　　0.7伏（VREF = 2.5V）和最小電流流經(jīng)H橋電路的ON-路徑。</p><p>　　案例2所指的情況是DAC12_0DAT = 0x0FFF和最大電流流過(guò)接通路的H橋電路</p><p>　　案例1和第2種情況是極端的電流消耗的情況下的H橋電路，電流會(huì)消費(fèi)將永遠(yuǎn)是看到在兩種情況下的電流數(shù)字之間。</p><p&

69、gt;<b>　　紅外燈操作</b></p><p>　　如圖所示，紅外燈操作包括所述AM1_IR（定時(shí)器A0 ISR）中，AM2_IR的（ADC12 ISR）和所述LPM0模式，以相同的順序。在紅外燈的操作：（1）紅外燈開(kāi)啟ON（在定時(shí)器A0 ISR），以樣品中的模擬鏈所需的信號(hào)，然后調(diào)整OFF（ADC12中ISR）前將低功耗模式（2）以前在VS的采樣數(shù)據(jù)的LED操作（AM1_VS）從AD

70、C12MEMx寄存器讀取，處??理和累計(jì)計(jì)算％血氧飽和度。</p><p>　　在紅外燈操作，CPU進(jìn)入定時(shí)器A0 ISR被稱為主動(dòng)模式1 IRLED運(yùn)行（在當(dāng)前輪廓表示為AM1_IR），并執(zhí)行以下步驟：</p><p>　　該DAC12_0輸出控制位DAC12OPS設(shè)置和P2.2被拉低，使的路徑上H橋，其包括晶體管Q1和T2。此配置輪番紅外燈開(kāi)啟并允許有足夠的時(shí)間進(jìn)行取樣前的模擬信號(hào)鏈變

71、得穩(wěn)定。</p><p>　　從先前的VS的LED操作獲得的采樣和轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)被從讀ADC12MEMx注冊(cè)。</p><p>　　對(duì)VS的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被進(jìn)一步處理以（1）中提取的信號(hào)的唯一的交流分量為％血氧飽和度的計(jì)算跟蹤與所述信號(hào)相關(guān)聯(lián)的DC分量，并更新DAC12_1DAT注冊(cè)并在匝電壓OA1的偏移量.確保LED亮度是內(nèi)目標(biāo)范圍，以便它可以正確地在下一序列來(lái)處理。</p>&l

72、t;p>　　該CPU處于AM1_IR模式?0.38毫秒，在此期間，定時(shí)器A1觸發(fā)ADC12采樣。 ADC12被配置成采樣兩個(gè)通道（A1 - OA0輸出和A3 - OA1輸出）在一個(gè)單個(gè)序列模式。該ADC12需要大約32μs來(lái)完成轉(zhuǎn)換的順序和與ADC12IFG標(biāo)志設(shè)置，它等待CPU退出定時(shí)器A0 ISR。</p><p>　　退出定時(shí)器A0 ISR（AM1_IR）后，CPU進(jìn)入ISR ADC12被稱為了紅外主

73、動(dòng)模式2 LED運(yùn)行（在當(dāng)前配置文件表示AM2_IR）。該CPU處于AM2_IR模式?6微秒，在此期間執(zhí)行下列步驟：</p><p>　　該DAC12_0DAT寄存器清零和P2.2端口引腳設(shè)置為強(qiáng)制邏輯高電平輸出。此斷開(kāi)晶體管Q1和T2和在轉(zhuǎn)動(dòng)的IR LED。</p><p>　　該DAC12_1DAT寄存器清零。</p><p>　　用紅外燈切換到OFF時(shí)，CPU

74、進(jìn)入低功耗模式0（在表示為L(zhǎng)PM0_IR當(dāng)前配置文件），并等待在那里?614微秒，直到計(jì)時(shí)器A0中斷CPU啟動(dòng)VS LED操作。</p><p><b>　　4血氧模塊軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4.1初始化程序</b></p><p><b>　　定時(shí)器設(shè)置</b></p&g

75、t;<p>　　利用MSP430F247的定時(shí)器A可在P2.4口產(chǎn)生一個(gè)頻率為5000Hz的PWM波信號(hào)用以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。定時(shí)器A的位數(shù)可編程。包含計(jì)數(shù)，比較捕獲和輸出方式單元三大模塊，各對(duì)應(yīng)相應(yīng)的控制和計(jì)數(shù)寄存器。輸出為模式3：增減計(jì)數(shù)模式。此時(shí)捕獲/比較寄存器CCR0用作Timer_A增計(jì)數(shù)模式的周期寄存器，因?yàn)镃CR0為16位寄存器。其值設(shè)置為200,計(jì)數(shù)器TAR可以增計(jì)數(shù)到CCR0的值，當(dāng)計(jì)數(shù)值與CCR0的值相等(或

76、定時(shí)器值大于CCR0的值)時(shí)，定時(shí)器復(fù)位并從0開(kāi)始重新計(jì)數(shù)。CCR3設(shè)置為100，即得5000HZ，占空比為50%的PWM波。</p><p>　　Void InitTimerA(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TACTL = TASSEL1 + TACLR + ID_3;  

77、60;       // SMCLK, 清除Tar   </p><p>　　TACCR0 = 200;                //

78、60;200/1M=0.0002S 5000HZ  TACCTL2 = OUTMOD_2;           // CCR2 PWM toggle/reset   TACCR2 = 100; 

79、60;          // CCR2 PWM duty cycle  </p><p>　　TACTL |= MC1+MC0;//           

80、// 增減技術(shù)模式 </p><p><b>　　}</b></p><p>　　利用定時(shí)器B定時(shí)4.165ms，即使血氧的采集頻率為120HZ。我們?cè)O(shè)置定時(shí)器B工作在增計(jì)數(shù)模式，給CCR0賦值為33333即為33333/8M=4.165ms。</p><p><b>　　串行數(shù)據(jù)傳輸</b></

81、p><p>　　在此應(yīng)用中，串行數(shù)據(jù)是在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的波特率115200bps通過(guò)UART / USB鏈路傳輸?shù)侥繕?biāo)計(jì)算機(jī)。MSP430的UART是軟件配置去以這樣的速度傳輸數(shù)據(jù)。紅外交流心臟信號(hào)樣本（12位數(shù)據(jù)）被飽和到一個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度（8位最高有效位），并發(fā)送到目標(biāo)電腦每2毫秒一次，心臟速率和血氧飽和度百分比的值也隨著紅外心臟信號(hào)樣本每2毫秒傳輸一次</p><p>　　每次由于三個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)傳輸用

82、于同步的GUI應(yīng)用程序，在異步傳送的開(kāi)始每2ms，同步字節(jié)為0x00到0xFF是第一依次發(fā)送，然后將脈搏血氧儀數(shù)據(jù)傳送。對(duì)于GUI軟件等待數(shù)據(jù)序列為“0x000xFF的”，只有后接收的數(shù)據(jù)序列相匹配時(shí)，字節(jié)按照被識(shí)別為實(shí)際的數(shù)據(jù)字節(jié)。是如圖所示的代碼的串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊徊糠帧！?lt;/p><p>　　TXBUF0 = 0x00; // synchronization byte1 = 0x00</p>

83、<p>　　while (!(IFG1 & UTXIFG0));</p><p>　　TXBUF0 = 0xFF; // synchronization byte2 = 0xFF</p><p>　　while (!(IFG1 & UTXIFG0));</p><p>　　TXBUF0 = i; // Infra-red AC he

84、art signal sample</p><p>　　while (!(IFG1 & UTXIFG0));</p><p>　　TXBUF0 = heart_rate_LSB; // Heart Rate per minute</p><p>　　while (!(IFG1 & UTXIFG0));</p><p>　　

85、TXBUF0 = SaO2_LSB; // Percentage Oxygen saturation</p><p>　　4.2 主程序設(shè)計(jì) </p><p>　　在主程序的大循環(huán)中，先對(duì)血氧變量進(jìn)行初始化，然后對(duì)界面標(biāo)志位進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)界面的不同進(jìn)行散轉(zhuǎn)，在各界面下顯示不同的內(nèi)容，這樣可以使程序結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)潔。當(dāng)根據(jù)界面標(biāo)志位散轉(zhuǎn)后，對(duì)按鍵進(jìn)行檢測(cè)，然后根據(jù)不同的按鍵情況獲

86、取鍵值，若有鍵值按下則響應(yīng)按鍵程序，若無(wú)按鍵程序，則清除鍵值后，再經(jīng)報(bào)警程序及血氧計(jì)算程序后進(jìn)入低功耗，經(jīng)中斷更新血氧數(shù)據(jù)打斷低功耗狀態(tài)后進(jìn)入下一次循環(huán)。</p><p>　　4.3按鍵和顯示程序設(shè)計(jì)</p><p>　　顯示程序其重點(diǎn)是對(duì)字符型內(nèi)容的顯示和對(duì)圖片型內(nèi)容的顯示，其他的顯示均可由二者衍生出來(lái)。我們先定義兩個(gè)結(jié)構(gòu)體，一為字符型的一為圖片型的，其定義如下</p>&

87、lt;p>　　typedef struct CharacterParameter         //字符參數(shù) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　uint16 xStart;  

88、60;      // 字符左上角x坐標(biāo)</p><p>　　uint16 yStart；        //字符左上角y坐標(biāo)</p><p>　　uint16 Width;     

89、0; //字符寬度</p><p>　　uint16 Height;       //字符高度 </p><p>　　const uint8 *data;    //字符取模數(shù)據(jù)地址</p><p>　　uint16 TxtCol

90、or;      //字符顏色</p><p>　　uint16 BGColor;     //背景色</p><p>　　}CHARPAR;  </p><p>　　typedef struct PictureParamet

91、er    //圖片參數(shù) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　uint16 xStart;       //圖片左上角x坐標(biāo) </p><p>　　uint16 yStart;&

92、#160;     //圖片左上角y坐標(biāo)</p><p>　　uint16 Height;         //圖片高度</p><p>　　uint16 Width;       //圖

93、片寬度 </p><p>　　const uint8 *data;      //圖片取模數(shù)據(jù)地址 </p><p>　　}PICPAR;//</p><p>　　對(duì)于字符型的程序框圖在下面給出。 圖片型的程序如下：</p><p>　　void&#

94、160;DisPicture(PICPAR *pPicData) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　uint16 i,number;    </p><p>　　LCD_SetRamAddr(pPicData->xStart,(p

95、PicData->xStart)+(pPicData->Width)-1,        pPicData->yStart,(pPicData->yStart)+(pPicData->Height)-1);</p><p>　　number = (pPicData->Width)

96、*(pPicData->Height);    </p><p>　　WriteLcdComm(0x005C);   for(i=0;i<number;i++)  </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　Wri

97、teLcdData(pPicData->data[i*2],pPicData->data[i*2+1]);   </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　鍵盤程序： </b><

98、/p><p>　　獲取鍵值的程序如程序圖中所示。 鍵盤處理主要程序如下： </p><p>　　void KeyProc(uint8 key) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　switch(cInterface) //根據(jù)界

99、面ID進(jìn)行散轉(zhuǎn)    </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　case MEASURE: //測(cè)量界面</p><p>　　MeasureKeyProc(key);       &#

100、160;  </p><p><b>　　break; </b></p><p>　　case MAINMENU:// 主菜單界面</p><p>　　MainMenuKeyProc(key);         &#

101、160;   </p><p>　　Break；    </p><p>　　case ALARMMENU:// 報(bào)警菜單界面</p><p>　　AlarmMenuKeyProc(key);        

102、     </p><p>　　Break；                      </p><p>　　case&#

103、160;TIP:// 提示界面</p><p>　　TipKeyProc(key);             </p><p>　　break;          

104、;    </p><p>　　case RECORD: </p><p>　　RecIntKeyProc(key);            </p><p>　　break; 

105、    </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　論文主體是畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的主要部分，應(yīng)該結(jié)構(gòu)合理，層次清楚，重點(diǎn)突出，文字簡(jiǎn)練、通順。論文主體的內(nèi)容應(yīng)包括以下各方面：</p><p>

106、　　(1) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)總體方案設(shè)計(jì)與選擇的論證。</p><p>　　(2) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)各部分（包括硬件與軟件）的設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p>　　(3) 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的可行性、有效性以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及分析。</p><p>　　(4) 對(duì)本研究?jī)?nèi)容及成果應(yīng)進(jìn)行較全面、客觀的理論闡述，應(yīng)著重指出本研究?jī)?nèi)容中的創(chuàng)新、改進(jìn)與實(shí)際應(yīng)用之處。理論分析中，應(yīng)將他人

107、研究成果單獨(dú)書寫，并注明出處，不得將其與本人提出的理論分析混淆在一起。對(duì)于將其他領(lǐng)域的理論、結(jié)果引用到本研究領(lǐng)域者，應(yīng)說(shuō)明該理論的出處，并論述引用的可行性與有效性。</p><p>　　(5) 自然科學(xué)的論文應(yīng)推理正確，結(jié)論清晰，無(wú)科學(xué)性錯(cuò)誤。</p><p>　　(6) 管理和人文學(xué)科的論文應(yīng)包括對(duì)研究問(wèn)題的論述及系統(tǒng)分析，比較研究，模型或方案設(shè)計(jì)，案例論證或?qū)嵶C分析，模型運(yùn)行的結(jié)果分析

108、或建議、改進(jìn)措施等。((本段刪除)</p><p><b>　　格式要求：</b></p><p><b>　　1章節(jié)及各章標(biāo)題</b></p><p>　　論文正文分章節(jié)撰寫, 每章應(yīng)另起一頁(yè)。各章標(biāo)題要突出重點(diǎn)、簡(jiǎn)明扼要。字?jǐn)?shù)一般在15字以內(nèi), 不得使用標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。標(biāo)題中盡量不采用英文縮寫詞，對(duì)必須采用者，應(yīng)使用本行業(yè)的

109、通用縮寫詞。</p><p><b>　　2層次</b></p><p>　　層次以少為宜，根據(jù)實(shí)際需要選擇。正文層次的編排和代號(hào)要求統(tǒng)一，層次為章（如“1”）、節(jié)（如“1.1”）、條（如“1.1.1”）、款（如“1、”）、項(xiàng)（如“（1）”）。層次用到哪一層次視需要而定，若節(jié)后無(wú)需“條”時(shí)可直接列“款”、“項(xiàng)”?！肮?jié)”、“條”的段前、段后各設(shè)為0.5行，見(jiàn)論文模式樣本

110、。(本段刪除)</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p><b>　　結(jié)論正文</b></p><p>　　結(jié)論單獨(dú)作為一章排寫，但不加章號(hào)。</p><p>　　結(jié)論是畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的總結(jié)，是整篇論文的歸宿。要求精煉、完整、準(zhǔn)確地闡述自己的工作或新的見(jiàn)解及其意義和作用，還可進(jìn)一步

111、提出需要討論的問(wèn)題、改進(jìn)意見(jiàn)和建議。(本段刪除)</p><p><b>　　致 謝</b></p><p><b>　　致謝正文</b></p><p>　　致謝中主要感謝導(dǎo)師和對(duì)論文工作有直接貢獻(xiàn)及幫助的人士和單位。(本段刪除)</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b&

112、gt;</p><p>　　[1] 黃堅(jiān)，金惟偉.中小型電機(jī)產(chǎn)品近年出口情況簡(jiǎn)述[J].中小型電機(jī),2005，32(1) 9-12.</p><p>　　按論文正文中出現(xiàn)的順序列出直接引用的主要參考文獻(xiàn)。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的撰寫應(yīng)本著嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，凡有引用他人成果之處，均應(yīng)按論文中所出現(xiàn)的先后次序列于參考文獻(xiàn)中。并且只應(yīng)列出正文中以標(biāo)注形

113、式引用或參考的有關(guān)著作和論文。一篇論著在論文中多處引用時(shí)，在參考文獻(xiàn)中只應(yīng)出現(xiàn)一次，序號(hào)以第一次出現(xiàn)的位置為準(zhǔn)。(本段刪除)</p><p>　　引用文獻(xiàn)標(biāo)示方式應(yīng)全文統(tǒng)一，并采用所在學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)通用的方式，用上標(biāo)的形式置于所引內(nèi)容最末句的右上角，用小4號(hào)字體。所引文獻(xiàn)編號(hào)用阿拉數(shù)字置于方括號(hào)中，如：…成果[1]</p><p>　　當(dāng)提及的參考文獻(xiàn)為文中直接說(shuō)明時(shí)，其序號(hào)應(yīng)該用小4號(hào)字與正

114、文排齊，如：由文獻(xiàn)[8, 10-14]可知</p><p>　　不得將引用文獻(xiàn)標(biāo)示置于各級(jí)標(biāo)題處。(本段刪除)</p><p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　　附錄A</b></p><p><b>　　Title</b></p>&

115、lt;p>　　Main body of the article </p><p><b>　　中文譯文A</b></p><p><b>　　中文譯文題目</b></p><p><b>　　中文譯文</b></p><p>　　設(shè)計(jì)（論文）必須含與研究?jī)?nèi)容相關(guān)的英文文獻(xiàn)

116、及相應(yīng)的中文翻譯，英文文獻(xiàn)單詞總數(shù)不少于2000單詞，理工科1—2篇，每篇不少于1000單詞，經(jīng)管類各專業(yè)為2篇，每篇不少于1000單詞。另外對(duì)于一些不宜放入正文中、但作為畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)又是不可缺少的部分，或有重要參考價(jià)值的內(nèi)容，可編入畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的附錄中。例如，過(guò)長(zhǎng)的公式推導(dǎo)、重復(fù)性的數(shù)據(jù)、圖表、程序全文及其說(shuō)明。(本段刪除)</p><p><b>　　格式要求：</b></

117、p><p>　　論文一般用漢語(yǔ)簡(jiǎn)化文字書寫，字?jǐn)?shù)在2萬(wàn)字左右。</p><p>　　論文一律由本人在計(jì)算機(jī)上輸入、編排并打印在A4幅面白紙上，單面印刷。</p><p>　　論文的上邊距：30mm；下邊距：25mm；左邊距：30mm；右邊距：20mm；行間距為1.5倍行距，見(jiàn)論文模式樣本。</p><p>　　論文頁(yè)碼從緒論部分開(kāi)始，至附錄，用阿

118、拉伯?dāng)?shù)字連續(xù)編排，頁(yè)碼位于頁(yè)眉右側(cè)。摘要和目錄用羅馬數(shù)字單獨(dú)編頁(yè)碼。</p><p>　　論 文 題目：2號(hào)黑體</p><p>　　章 標(biāo) 題： 3號(hào)黑體</p><p>　　節(jié) 標(biāo) 題：小4號(hào)黑體</p><p>　　條 標(biāo) 題：小4號(hào)黑體</p><p>　　正 文：小4號(hào)宋體</p&

119、gt;<p>　　頁(yè) 碼： 5號(hào)宋體</p><p>　　數(shù)字和字母： Times New Roman體</p><p><b>　　1 數(shù)字</b></p><p>　　按國(guó)家語(yǔ)言文字工作委員會(huì)等七單位1987年發(fā)布的《關(guān)于出版物上數(shù)字用法的試行規(guī)定》, 除習(xí)慣用中文數(shù)字表示的以外, 一般均采用阿拉伯?dāng)?shù)字。年份一概寫全