基于STM32的便携式体检装置设计(2)
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2010年8月1日
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参见附件(2245KB，3页)。
SpO2=A+B×IACλ/IDCλIACλ2/IDCλ2
其中A、B是经验常数,可以通过定标确定。
为减少组织对测量精度的影响,选择光波波长时,要求氧合血红蛋白HbO2和还原血红蛋白Hb对该波长的吸光系数要大于非血液组织对它的吸光系数,但不要太大使透过部分难于检测。根据入射光波长和吸收系数之间的关系,最终选取了650nm和940nn这两个波长。
本装置采用两路发光管交替发光采集脉搏波信号,使用硅光电池接受信号。再经放大滤波处理传输给STM32。
1.1.5肺活量模块:人体呼出的气流通过截流装置形成差压,接入MPX5010DP产生电压信号,将电压信号进行放大(10倍左右)和0.014Hz~8Hz的带通滤波处理,即可获得与瞬时流量相对应的电压,送到STM32进行采样后,再在程序里对流速进行积分即可获得肺活量值。
1.1.6血压模块:我们采用测振法测量血压。利用STM32控制电机打气,再控制泄气阀将袖袋内的气体逐渐放掉,用压力传感器检出袖带内的压力和微弱的脉搏振荡信号,再经放大电路放大,送入A/D转换器,经过STM32处理得到收缩压和舒张压。
其中压力传感器选择GXP5050。MPX5050GP是Motorala公司生产的一款采用离子注入工艺生产的压力传感器,其压敏电阻元件是利用离子注入工艺光刻在单个硅膜片上,同时采用计算机控制的激光修正技术和温度补偿技术,使得MPX5050GP压力传感器精度极高,具有广泛的应用范围。
MPX5050GP的输出直接一路接A/D采样获得血压值,另一路经RC网络及放大得到心脏收缩信号送另一路A/D。心脏收缩信号随着袖带压力的减小先减小再增大,如(图3所示)。我们设定一个阈值(定标得到),在阈值处测量当时袖带内压力即为血压。
图3脉搏波的幅度变化情况
1.1.7心电模块:心电模块的具体设计步骤如(图4所示)。对由电极采集到的心电信号,先通过前置放大,将微弱的心电信号高保真放大,再通过低通滤波、高通滤波及50Hz陷波滤除干扰,最后进行A/D转换[4]。
图4心电提取步骤
理论上,人体任意两点之间都存在心电引起的电位差,两个电极即可实现心电测量。但是,在采集心电信号过程中,必须设法消除或降低来自交流市电共模电压的干扰,工程上常用“右脚驱动”的方法来消除,因此这里我们使用3个电极来提取心电信号,即左右手和右脚。
前置放大电路采用差分方式输入,形成差模信号。为了提高精度,使用高精度仪表放大器AD620作为心电的前置放大器的运放。前置放大电路由输入跟随、仪用放大器、右腿浮地驱动等3部分组成。
滤波电路中,低通滤波器采用归一化设计的BUTTERWORTH四阶低通滤波,截止频率fH为100Hz。高通电路中由于噪声主要集中于0.03Hz～2Hz,为了尽可能在不影响心电信号的情况下尽量多的滤除干扰,选择截止频率fL为0.036Hz。50Hz陷波电路中采用“双T带阻滤波”电路来滤除工频干扰。
经过陷波器后的心电信号是双极性,由于系统中的A/D芯片只能量化单极性信号,所以必须使用电平提升电路把双极性信号转化为单极性信号。
1.2软件设计:STM32的包括处理用户按键数据输入,定时外部中断控制超声测量身高,A/D采样体温、体重、肺活量、心电等信号。控制电机打气,泄气阀放气并测量血压值。将测得的信号显示在液晶屏上。其流程图如(图5所示)。
2.结果
STM32显示界面如(图6所示)。其中准水银体温计和体检装置实验对比,所有体有误差≤0.1℃;体重测量的误差≤2公斤;标准水银血压计和体检装置实验对比,所有收缩压和舒张压数据误差小于7%;卷尺测量结果和体检装置实验对比,所有误差≤1cm;均能够满足监护要求。
图5程序整体流程图
图6显示界面图
3.结束语
经实验测量结果显示,该设计方案成本低,功能完善,操作简单,人机界面友好,非常人性化。随着人们对健康的关注度越来越高,国家对医疗事业越来越重视,该便携式体检箱将有很广的应用前景。本文的创新点在于集成了多项测量人体生理数据功能于一体,应用液晶彩屏显示,并将结果保存,非常人性化 ......
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