便携式脉动血氧计完整设计方案

发布时间:2014-07-30 阅读量:1758 来源: 发布人:

【导读】脉搏血氧仪Pulse oximeter具有无创伤、连续、快速、准确监测动脉血氧饱和度SaO2的功能,已得到医学界的承认并进入了临床应用,尤其适于危重病人手术监护。脉搏 血氧仪可广泛应用于手术室、恢复室、急救病房以及体育锻炼和睡眠等方面的研究。

一、项目动机

血氧饱和度(SaO2)是衡量人体血液携带氧能力的生理参数,在临床诊断中有着十分重要的意义。由于生物组织是一种强散射、弱吸收、各向异性的复杂光学系 统 ,不完全符合经典的Beer—Lambert吸收定律,因而导致了红光和红外光吸光度相对变化测量值之比(R/IR 值)与动脉血氧饱和度(SaO2 )之间的关系只能采用近似的方法建立数学模型。同时,无创脉搏血氧计内部产生的光源的非理想性引起的误差也使得测量精度普遍低于有创测量的精度。

本 设计针对上述问题进行了深入的研究,提出了一种新型无创便携式脉动血氧计的设计方案,可以证明,本设计所研制的脉动血氧计可以提高血氧饱和度的测量精度。脉 搏血氧仪Pulse oximeter具有无创伤、连续、快速、准确监测动脉血氧饱和度SaO2的功能,已得到医学界的承认并进入了临床应用,尤其适于危重病人手术监护。脉搏 血氧仪可广泛应用于手术室、恢复室、急救病房以及体育锻炼和睡眠等方面的研究。

AVR32系列微控制器具有低功耗与高模拟性能等优点。在单芯片便携式医疗仪器上应用具有很大的优势。可以将产品的外围器件数量减到最小。本设计中还可以 通过控制LED灯的开启时间与工作频率进一步减小功耗,使整个系统实现超低功耗,对环境友好。

二、需求分析

2.1 功能要求

通过外接一个光学探头采集血氧饱和度与心率等参数并通过LCD显示。光学探头包括两个LED,一个是可见红光LED,一个是红外光LED,探头可以放置在 手指尖或是耳垂等部位。当两种LED光线通过身体后,MCU通过检测这两种光强度的变化来计算人体内的血氧含量。当人体内的血氧浓度与心率低于某个设定值 时,血氧仪即可发出某种报警信号提示用户。系统架构如图1所示:


图1 系统架构

2.2 性能要求

测量方式:双波长测量;

数值显示:大屏幕LED或LCD显示,SaO2、脉搏数值清晰可见,不受环境光线限制,适用于各种急救场所;

脉搏显示:三色分析系统,LED快捷地显示脉搏质量;

测量范围:血氧饱和度:0—100% 心率:18—300搏/分钟;

测量精度:血氧饱和度:±1S.D 心率:±3%;

可连接成人、儿童、新生儿的探头;

能储存资料,快速灵敏的SaO2数值,适宜于睡眠分析以及能通过USB等通讯方与PC机通讯

可显示当前时间、温度等信息;

可电池供电:六节AA电池,可连续工作24小时以上 。

三、方案设计

3.1 系统功能实现原理

通过外接一个光学探头采集血氧饱和度与心率等参数并通过LCD显示。光学探头包括两个LED,一个是可见红光LED,一个是红外光LED,探头可以放置在 手指尖或是耳垂等部位。当两种LED光线通过身体后,MCU通过检测这两种光强度的变化来计算人体内的血氧含量,并将结果在LCD上显示。


系统硬件结构框图

3.2 硬件平台选用及资源配置

硬件平台选用:EVK1100

资源配置:光照、温度等传感器:用来记录当时环境参数,然后对仪器进行补偿;

4x20蓝色LCD:显示血氧饱和度、脉搏等参数;

JTAG连接器:下载程序;

Nexus、USART、USB 2.0接口,TWI接口、SPI:与外设(AD、DA等)和主机通讯;

SD和MMC读卡器:与外部存储器通讯,记录测量数据,供离线分析;

其他:用来扩展功能。

3.3系统软件架构

 

3.4 系统软件流程


程序运行流程图

3.4 系统预计实现结果


能够测量出人体的动脉血氧饱和度和脉搏,将测量结果及环境参数值在LCD上显示,对输入的参数进行比较,超过范围报警;并且测量的结果和环境参数等信息存 储到SD卡或其他非易失性大容量存储器中(U盘等);能通过USB或以太网口(串口)与PC机通讯。

相关阅读:

ADI、TI、金升阳等六款家用医疗设备设计方案对比

Fairchild 可携式医疗仪器解决方案

TI用于便携医疗的低功耗无线收发器参考设计方案
相关资讯
半导体产业升级战:三星电子新一代1c DRAM量产布局解析

在全球半导体产业加速迭代的背景下,三星电子日前披露了其第六代10纳米级DRAM(1c DRAM)的产能规划方案。根据产业研究机构TechInsights于2023年8月22日发布的行业简报,这家韩国科技巨头正在同步推进华城厂区和平泽P4基地的设备升级工作,预计将于2023年第四季度形成规模化量产能力。这项技术的突破不仅标志着存储芯片制程进入新纪元,更将直接影响下一代高带宽存储器(HBM4)的市场格局。

蓝牙信道探测技术落地:MOKO联手Nordic破解室内定位三大痛点

全球领先的物联网设备制造商MOKO SMART近期推出基于Nordic Semiconductor新一代nRF54L15 SoC的L03蓝牙6.0信标,标志着低功耗蓝牙(BLE)定位技术进入高精度、长续航的新阶段。该方案集成蓝牙信道探测(Channel Sounding)、多协议兼容性与超低功耗设计,覆盖室内外复杂场景,定位误差率较传统方案降低60%以上,同时续航能力突破10年,为智慧城市、工业4.0等场景提供基础设施支持。

财报季再现黑天鹅!ADI营收超预期为何股价暴跌5%?

半导体行业风向标企业亚德诺(ADI)最新财报引发市场深度博弈。尽管公司第三财季营收预期上修至27.5亿美元,显著超出市场共识,但受关税政策驱动的汽车电子产品需求透支风险显露,致使股价单日重挫5%。这一背离现象揭示了当前半导体产业面临的复杂生态:在供应链重构与政策扰动交织下,短期业绩爆发与长期可持续增长之间的矛盾日益凸显。

全球可穿戴腕带市场首季激增13%,生态服务成决胜关键

根据国际权威市场研究机构Canalys于5月23日发布的调研报告,2025年第一季度全球可穿戴腕带设备市场呈现显著增长态势,总出货量达到4660万台,较去年同期增长13%。这一数据表明,消费者对健康监测、运动管理及智能互联设备的需求持续升温,行业竞争格局亦同步加速重构。

RP2350 vs STM32H7:性能翻倍,成本减半的MCU革新之战

2025年5月23日,全球领先的半导体与电子元器件代理商贸泽电子(Mouser Electronics)宣布,正式开售Raspberry Pi新一代RP2350微控制器。作为RP2040的迭代升级产品,RP2350凭借双核异构架构(Arm Cortex-M33 + RISC-V)、硬件级安全防护及工业级性价比,重新定义了中高端嵌入式开发场景的技术边界。该芯片通过多架构动态切换、可编程I/O扩展及4MB片上存储等创新设计,解决了传统微控制器在实时响应能力、跨生态兼容性与安全成本矛盾上的核心痛点,为工业自动化、消费电子及边缘AI设备提供了更具竞争力的底层硬件方案。