20/20...血氧飽和度測量儀的設(shè)計(jì)目錄摘要………………3第一章緒論 ……………………41.1血氧飽和度的基本概念………………41.2血氧飽和度測量儀課程設(shè)計(jì)的意義……………………31.3血氧飽和度測量儀課程設(shè)計(jì)的技術(shù)要求…………41.4基本步驟…………51.4.1理論依據(jù)…………………51.4.2硬件電路的設(shè)計(jì)…………61.4.3軟件設(shè)計(jì)……………61.4.4仿真及數(shù)值定標(biāo)…………6實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及論證……………………62.1設(shè)計(jì)理論依據(jù)………………62.2.雙波長法的概念……………62.3光電脈搏傳感器……………72.4傳感器可能受到的干擾……………………92.5實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)………………10第三章硬件電路的設(shè)計(jì)…………103.1硬件原理框圖………………103.2各部分電路的設(shè)計(jì)…………11軟件模塊設(shè)計(jì)……………134.1主程序流程圖………………144.2子程序流程圖………………144.3硬件調(diào)試……………………16第五章設(shè)計(jì)收獲及心得體會(huì)……………………17第六章參考文獻(xiàn)…………………19附錄程序清單……………………20摘要氧是維持人體組織細(xì)胞正常功能,生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。人體的絕大多數(shù)組織細(xì)胞的能量裝換均需要氧的參加。所以,實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)人體組織中氧的代謝具有重要的意義。人體的新陳代謝過程是生物氧化過程。氧通過呼吸系統(tǒng)進(jìn)入人體血液,與血液紅細(xì)胞中的血紅蛋白<Hb>結(jié)合成氧合血紅蛋白<>,再輸送到人體各部分組織細(xì)胞中去。在全部血液中,被氧結(jié)合的容量占全部可結(jié)合容量的百分比稱為血氧飽和度。許多臨床疾病會(huì)造成氧供給的缺乏,這將直接影響細(xì)胞的正常新陳代謝,嚴(yán)重的還會(huì)威脅人的生命,所以動(dòng)脈血氧濃度即。的實(shí)時(shí)監(jiān)測在臨床救護(hù)中非常重要。在本次關(guān)于血氧飽和度測量儀的設(shè)計(jì)中,是基于MCS—51單片機(jī)的設(shè)計(jì),需要選測合適的光電脈搏傳感器采集數(shù)據(jù),并利用4為LED數(shù)碼顯示測量值,利用鍵盤切換顯示脈搏跳動(dòng)的頻率。關(guān)鍵詞：51單片機(jī)血氧飽和度比爾—朗伯定理緒論1.1血氧飽和度的基本概念血氧飽和度<SO2>是血液中被氧結(jié)合的氧合血紅蛋白<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)。而功能性氧飽和度為HbO2濃度與HbO2+Hb濃度之比,有別于氧合血紅蛋白所占百分?jǐn)?shù)。因此,監(jiān)測動(dòng)脈血氧飽和度<SaO2>可以對肺的氧合和血紅蛋白攜氧能力進(jìn)行估計(jì)。正常人體動(dòng)脈血的血氧飽和度為98%,靜脈血為75%。〔Hb為血紅蛋白,hemoglobin,簡寫Hb1.2血氧飽和度測量儀課程設(shè)計(jì)的意義人體的新陳代謝過程是生物氧化過程,而新陳代謝過程中所需要的氧,是通過呼吸系統(tǒng)進(jìn)入人體血液,與血液紅細(xì)胞中的血紅蛋白<Hb>,結(jié)合成氧合血紅蛋白<HbO2>,再輸送到人體各部分組織細(xì)胞中去通過連續(xù)或間斷地監(jiān)測血氧飽和度可以對人體攜帶氧的能力進(jìn)行估計(jì),同時(shí),其又是判斷人體呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)是否出現(xiàn)障礙或者周圍環(huán)境是否缺氧的重要指標(biāo),在手術(shù)麻醉、監(jiān)護(hù)室急救病房、病人運(yùn)動(dòng)和睡眠研究、以及慢性呼吸循環(huán)系統(tǒng)疾病患者的監(jiān)上都有著重要的作用。傳統(tǒng)的血氧飽和度測量方法是先進(jìn)行人體采血,再利用血?dú)夥治鰞x進(jìn)行電化學(xué)分析,測出血氧分壓PO：,計(jì)算SaO2：。這種方法比較麻煩,且不能進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測。因此,一種采用無損光譜學(xué)連續(xù)檢測人體的血氧含量的方法應(yīng)運(yùn)而生。其基本原理是根據(jù)組織對光的固有特性,利用光在組織中傳播的效應(yīng)來獲取和研究生物組織生理的、代謝的有用信息,安全、可靠、對肌體無損,具有廣泛的研究應(yīng)用前景和重要的實(shí)用價(jià)值。1.3血氧飽和度測量儀課程設(shè)計(jì)的技術(shù)要求通過MCS—51單片機(jī)〔或其他單片機(jī)制作一臺(tái)數(shù)字顯示的血氧飽和度測量儀。要求如下：了解什么事血氧飽和度,掌握無創(chuàng)測量血氧飽和度的方法；選擇光電脈搏傳感器,設(shè)計(jì)血氧飽和度檢測電路；利用4為LED數(shù)碼顯示測量值并可以切換顯示脈搏跳動(dòng)的頻率；選測單片機(jī)構(gòu)建信號采集系統(tǒng)；需將完成的檢測調(diào)理電路,通過軟件仿真驗(yàn)證。1.4基本步驟1.4.1理論依據(jù)無創(chuàng)血氧飽和度的檢測原理是根據(jù)Beer-Lambert定律,引出分光光度法進(jìn)行物質(zhì)定性分析和定量分析。根據(jù)這個(gè)理論基礎(chǔ),由氧合血紅蛋白與還原血紅蛋白對不同波長色光的吸光度不同和血氧飽和度的定義,推導(dǎo)出動(dòng)脈血管中的血氧飽和度計(jì)算公式。根據(jù)朗伯-比爾定律可以得出單色光透過某均勻溶液后透射光強(qiáng)I與溶液諸參數(shù)的關(guān)系是：

式中：E表示該溶液對某特定單色光的吸光系數(shù)；C表示該溶液的濃度；D表示光透過溶液所經(jīng)光程長度。若定義吸光度A為：A=ln<I0／I>=ECD

假如均勻組織為血管,當(dāng)動(dòng)脈血脈動(dòng)時(shí),D將有一個(gè)△D的改變,此時(shí)透射光I也將有一個(gè)△I的改變,此時(shí)吸光度A的改變△A為：△A=ln[I／<I-△I>]=EC×△D

根據(jù)醫(yī)學(xué)定義,由于含氧血紅蛋白和還原血紅蛋白處于同一血液溶液中,他們的含量之比即為濃度之比,這樣血氧飽和度為：

式中：△W即為該色光光電信號的交直流成份之比,由以上表達(dá)式再根據(jù)數(shù)學(xué)變換,當(dāng)有兩路光源透射過手指后最終可以推出血氧飽和度的計(jì)算表達(dá)式為：

式中：Ei表示不同物質(zhì)的吸光系數(shù),對于一定波長和一定組織成分而言,Ei是確定的常量。將上式寫為如下形式,并展開成二階泰勒級數(shù)為：

只要測量出色光光電信號的交直流成份之比△W’／△W與標(biāo)準(zhǔn)血氧計(jì)測量的血氧飽和度,利用最小二乘法二次曲線擬合技術(shù),確定常數(shù)A,B,C就可以得到血氧飽和度經(jīng)驗(yàn)公式。1.4.2硬件電路的設(shè)計(jì)根據(jù)脈搏血氧飽和度的測量儀的測量原理,設(shè)計(jì)了以MCS—51單片機(jī)為核心的脈搏血氧飽和度儀的硬件電路,包括方波脈沖發(fā)生電路,光電驅(qū)動(dòng)電路,濾波電路,放大電路,數(shù)碼顯示電路,解調(diào)電路,電源等。1.4.3軟件設(shè)計(jì)編程產(chǎn)生時(shí)序,控制光源驅(qū)動(dòng)電路,ADC0809,數(shù)碼顯示,實(shí)現(xiàn)檢測結(jié)果數(shù)字顯示及控制整個(gè)硬件系統(tǒng),編程實(shí)現(xiàn)信號的增益調(diào)節(jié)等。1.4.4仿真及數(shù)值定標(biāo)在完成血氧飽和度測量儀硬件系統(tǒng)金額信號處理之后,對脈搏血氧飽和度測量儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證測量的精度。為了能在實(shí)際應(yīng)用中得到可信的結(jié)果,應(yīng)對測量儀進(jìn)行數(shù)值的定標(biāo),以取得最準(zhǔn)確的定標(biāo)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及論證2.1設(shè)計(jì)理論依據(jù)血氧飽和度測量儀的設(shè)計(jì)主要依據(jù)是比爾—朗伯定律,和雙波長法以及光電脈搏傳感器,采用無創(chuàng)血氧飽和度測量儀的設(shè)計(jì)理念。2.2雙波長法的概念在單位時(shí)間內(nèi)有兩條波長不同的光束λ1和λ2交替照射同一個(gè)溶液,由檢測器測出的吸收度是這兩個(gè)波長下吸收度的差值△A。△A與被測定物質(zhì)的濃度成正比,這個(gè)方法稱雙波長分光光度法。雙波長分光光度法的關(guān)鍵是正確選擇兩波長λ1、λ2,要求被測組分D在兩波長處的△A足夠大,而干擾組分G和背景在兩波長應(yīng)有相同的吸光度<△A=0>。為滿足上述要求,一般是將λ2選在待測組分的最大吸收波長,λ1是選在干擾組分等吸收波長。可測定渾濁樣品,也可測定吸收光譜相互重疊的混合物樣品,也是當(dāng)雜質(zhì)使主峰產(chǎn)生肩峰時(shí)測定主峰物質(zhì)的較好定量方法。2.3光電脈搏傳感器光電式脈搏傳感器的原理

根據(jù)朗伯比爾<LamberBeer>定律,物質(zhì)在一定波長處的吸光度和他的濃度成正比。當(dāng)恒定波長的光照射到人體組織上時(shí),通過人體組織吸收、反射衰減后測量到的光強(qiáng)將在一定程度上反映了被照射部位組織的結(jié)構(gòu)特征。脈搏主要由人體動(dòng)脈舒張和收縮產(chǎn)生的,在人體指尖,組織中的動(dòng)脈成分含量高,而且指尖厚度相對其他人體組織而言比較薄,透過手指后檢測到的光強(qiáng)相對較大,因此光電式脈搏傳感器的測量部位通常在人體指尖。光電脈搏傳感器的結(jié)構(gòu)從光源發(fā)出的光除被手指組織吸收以外,一部分由血液漫反射返回。其余部分透射出來。光電式脈搏傳感器按照光的接收方式可分為透射式和反射式2種,其中透射式的發(fā)射光源與光敏接收器件的距離相等并且對稱布置,接收的是透射光,這種方法可較好地反映出心律的時(shí)間關(guān)系,但不能精確測量出血液容積量的變化;反射式的發(fā)射光源和光敏器件位于同一側(cè),接收的是血液漫反射回來的光,此信號可以精確地測得血管內(nèi)容積變化。本文討論的是透射式脈搏傳感器,側(cè)重于脈搏信號的測量。光敏原件光電式脈搏傳感器由于采用不同的光敏元件有著多種實(shí)現(xiàn)方法,其中光敏元件主要有光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管和硅光電池。在傳統(tǒng)的光電式脈搏傳感器設(shè)計(jì)中,通常采用的是獨(dú)立光敏元件,利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)改變輸出的電流,通常光敏元器件輸出的電流極低,容易受到外界干擾,而且對后續(xù)的放大器的要求比較嚴(yán)格,需要放大器空載時(shí)的電流輸出較小,避免放大器空載輸出電流對脈搏信號測量的干擾,這樣對于普通的放大器就不能直接應(yīng)用在光敏元件的后端。

在本設(shè)計(jì)中,采用一種光敏元件OPT101,該元件將感光部件和放大器集成在同一個(gè)芯片內(nèi)部,這種集成化的設(shè)計(jì)方式有效地克服了后端運(yùn)算放大器空載電流輸出對光敏部件輸出電流的影響,而且芯片輸出的電壓信號可以通過外部的精密電阻進(jìn)行調(diào)節(jié),有利于芯片適應(yīng)整體的電路設(shè)計(jì),同時(shí)芯片的集成化設(shè)計(jì)也能夠減小系統(tǒng)的功耗。發(fā)射光源光電式脈搏傳感器主要由光源、光敏器件,以及相應(yīng)的信號調(diào)理控制電路構(gòu)成。為了充分利用器件的效果,光源和光敏元件的選擇是綜合考慮的,光源的波長應(yīng)該落在光敏元件檢測靈敏度較高的波段內(nèi),圖4為OPT101的光波長響應(yīng)曲線。脈搏信號主要由動(dòng)脈血的充盈引起,而血液中還原血紅蛋白<Hb>和氧合血紅蛋白<HbO2>含量變化將造成透光率的變化,當(dāng)氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白對光的吸收量相等時(shí),透射光的強(qiáng)度將主要由動(dòng)脈血管的收縮和舒張引起,此時(shí)能夠比較準(zhǔn)確地反映出脈搏信號。圖5為血紅蛋白的光吸收曲線,從圖中可以看出,血液中HbO2和Hb對于不同波長光的吸收系數(shù)的差異明顯,而且2條曲線好幾個(gè)不同的交點(diǎn),考慮到在805nm波長處,血紅蛋白的光吸收率比較低,那么透射過手指的光強(qiáng)較大,有利于光敏器件的接收,因此發(fā)射光源的波長選擇為805nm。2.4傳感器可能收到的干擾在測量過程中,前端測量到的脈搏信號十分微弱,容易受到外界環(huán)境干擾,因此需要對脈搏傳感器的干擾噪聲進(jìn)行分析,從光電式脈搏傳感器設(shè)計(jì)的技術(shù)角度減少干擾,使之能夠準(zhǔn)確測量到脈搏信號。光電式脈搏傳感器的干擾主要有測量環(huán)境光干擾、電磁干擾、測量過程運(yùn)動(dòng)噪聲,下面對上述情況結(jié)合實(shí)驗(yàn)測量做進(jìn)一步的分析。環(huán)境光對脈搏傳感器測量的影響

在光電式脈搏傳感器中,光敏器件接收到的光信號不僅包含脈搏信息的透射光信號,而且包含測量環(huán)境下的背景光信號,由于動(dòng)脈搏動(dòng)引起的光強(qiáng)變化比背景光的變化微弱得多,因此在測量過程當(dāng)中要保持測量背景光的恒定,減少背景光的干擾。

測量環(huán)境下的背景光包含環(huán)境光和在測量過程中引起的二次反射光。為了減少環(huán)境光對脈搏信號測量的影響,同時(shí)考慮到傳感器使用的方便性,采用密封的指套式的包裝方式,整個(gè)外殼采用不透光的介質(zhì)和顏色,盡量減小外界環(huán)境光的影響。為了避免測量過程中的二次反射光的影響,在指套式傳感器的內(nèi)層表面涂上一層吸光材料,這樣能有效減少二次反射光的干擾。

由圖7的圖形明顯可知,加上指套式外殼后的脈搏傳感器測量到的脈搏波形比較平滑。這是因?yàn)榧又柑资降拿}搏傳感器中環(huán)境光在測量過程中基本上不受外界環(huán)境光的影響,而且能夠有效減少二次反射光,使照射到手指上的光波長單一,所以得到的脈搏信號較為穩(wěn)定,沒有明顯的重疊雜波信號,能夠很好地體現(xiàn)出脈搏波形的特征。

b.電磁干擾對脈搏傳感器的影響

通過光電轉(zhuǎn)換得到的包含脈搏信息的電信號一般比較微弱,容易受到外界電磁信號的干擾,在傳統(tǒng)的光電式脈搏傳感器電路中,由于光敏器件和一級放大電路是分離的,那么在信號的傳遞過程就很容易受到外界電磁干擾,通常在一級放大電路采用電磁屏蔽的方式來消除電磁干擾。本系統(tǒng)采用了新型的光敏器件,在芯片內(nèi)部集成光敏器和一級放大電路,有效地抑制了外界電磁信號對原始脈搏信號的干擾

工頻干擾是電路中最常見的干擾,脈搏信號變化緩慢,特別容易受到工頻信號的干擾,因此對工頻信號干擾的抑制是保證脈搏信號測量精度的主要措施之一。通常脈搏信號的頻率范圍在013～30Hz之間,小于工頻50Hz,因此通過低通濾波器可以有效濾除工頻干擾,這在信號調(diào)理電路中容易實(shí)現(xiàn);同時(shí)可以在控制電路中對光源進(jìn)行脈沖調(diào)制。這樣不但能夠降低系統(tǒng)的功耗,而且能夠在一定程度上減小外界的電磁干擾。在脈搏信號數(shù)據(jù)采集后,可以通過數(shù)據(jù)處理法方法進(jìn)一步濾除工頻信號的干擾。

c.測量過程中運(yùn)動(dòng)噪聲

在測量過程當(dāng)中,通常情況下手指和光電式脈搏傳感器可能產(chǎn)生相對的運(yùn)動(dòng),這樣對脈搏測量產(chǎn)生誤差,可以通過2個(gè)方面減少運(yùn)動(dòng)噪聲誤差:一是改善指套式傳感器的機(jī)械抗運(yùn)動(dòng)性,比如說使指套能夠更緊的夾在手指上,不易松動(dòng);二是從脈搏信號處理的角度,通過算法來減小誤差,對于傳感器的設(shè)計(jì),現(xiàn)在采用的主要是第一個(gè)途徑。2.5實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書,設(shè)計(jì)采用MCS—51單片機(jī)的最小系統(tǒng),通過555定時(shí)器產(chǎn)生方波,通過二分頻對紅光二極管和紅外光二極管作用,根據(jù)雙波長法測量血氧飽和度,光電傳感器OPT101接受光信號,再通過解調(diào)電路,濾波電路,輸入A/D轉(zhuǎn)換器,單片機(jī)取出通過A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù),并在LED上顯示。通過編程,使當(dāng)按鍵盤后,顯示切換成脈搏頻率的顯示。硬件電路的設(shè)計(jì)3.1硬件原理框圖AT89C51單片機(jī)LED顯示復(fù)位自檢AT89C51單片機(jī)LED顯示復(fù)位自檢鍵盤A/D轉(zhuǎn)換器鍵盤A/D轉(zhuǎn)換器濾波電路555定時(shí)器產(chǎn)生方波信號紅光/紅外光發(fā)光管解調(diào)器和光電傳感器濾波電路555定時(shí)器產(chǎn)生方波信號紅光/紅外光發(fā)光管解調(diào)器和光電傳感器該系統(tǒng)主要由傳感器驅(qū)動(dòng)電路,光電傳感器,時(shí)序控制電路,積分濾波,液晶顯示電路和8951單片機(jī)構(gòu)成。信號處理和控制采用的是美國CYGNAL共生產(chǎn)的C8951單片機(jī),與普用的8051單片機(jī)相比,89C51具有以下幾個(gè)重要特點(diǎn)：速度快：高達(dá)25M/s的速度,比標(biāo)準(zhǔn)8051快了20倍以上,絲毫不遜于PLC,ARM單片機(jī)。強(qiáng)大的模擬信號處理功能：有32路12位的ADC,兩路12位精度的DAC,兩路模擬比較器。強(qiáng)大的控制功能：多大64位的I/O口線,獨(dú)特地?cái)?shù)字開關(guān)陣列可將內(nèi)部的定時(shí)器串行總線,外部中斷源,A/D轉(zhuǎn)換輸入等定位于P0,P1,P2。存儲(chǔ)器：64KB的FLASH存儲(chǔ)器,部分可用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,片內(nèi)4KB的RAM存儲(chǔ)器。。豐富的串行接口：具有標(biāo)準(zhǔn)的全雙工UART,串行總線和SP2串行總線。3.2各部分電路的設(shè)計(jì)3.2.1單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路用8051等內(nèi)有ROM單片機(jī)構(gòu)成最小系統(tǒng)時(shí),只要在單片機(jī)的外圍接時(shí)鐘電路和復(fù)位電路,單片機(jī)就可以工作了。8031類內(nèi)無ROM型單片機(jī),仍需要外擴(kuò)更大程序存儲(chǔ)器的單片機(jī),在構(gòu)成最小單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí),不僅要外接晶體振蕩器和復(fù)位電路,還應(yīng)在片外擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器ROM,這時(shí)EA應(yīng)接高電平。3.2.2555定時(shí)器產(chǎn)生方波信號電路采用555定時(shí)器產(chǎn)生一個(gè)2KHZ的方波信號,采用電路圖為：參照附錄硬件原理圖。電阻選用10K的電阻,電容則為0.01uF。之后需要接入一個(gè)D觸發(fā)器用于二分頻。3.2.3濾波電路采用BUTTERWORTH濾波器進(jìn)行濾波操作,分別對紅光交流,紅光直流,紅外光交流,紅外光之流進(jìn)行濾波處理,其中電感原件為通直阻交,電容原件為通交阻直。其次,還要通過一個(gè)正負(fù)1放大器來對共模干擾進(jìn)行濾除,之后再進(jìn)行濾波器濾波操作。3.2.4解調(diào)電路及外拉電阻采用4053作為解調(diào)器,兩個(gè)電容均選用10K的。外拉電阻采用RD1〔10K,外拉電阻的作用是維持電平穩(wěn)定,增加單片機(jī)帶負(fù)載能力。3.2.5紅光和紅外光發(fā)光模塊利用兩個(gè)發(fā)光二極管進(jìn)行紅光和紅外光的發(fā)光控制。當(dāng)555定時(shí)器產(chǎn)生的2KHZ的方波脈沖,通過D觸發(fā)器二分頻后,來控制紅光和紅外光的發(fā)光。軟件模塊設(shè)計(jì)脈搏血氧飽和度測量儀的軟件部分主要包括：硬件初始化和系統(tǒng)自檢,紅光和紅外光的時(shí)序控制,A/D采樣和數(shù)據(jù)的操作,數(shù)碼顯示等模塊。以下是流程圖：4.1主程序流程圖開始顯示血氧濃度flag=1？A/D采樣A/D中斷定時(shí)器發(fā)送相應(yīng)驅(qū)動(dòng)控制信號系統(tǒng)自檢硬件初始化開始顯示血氧濃度flag=1？A/D采樣A/D中斷定時(shí)器發(fā)送相應(yīng)驅(qū)動(dòng)控制信號系統(tǒng)自檢硬件初始化結(jié)束顯示脈搏頻率調(diào)用顯示子函數(shù) Y N結(jié)束顯示脈搏頻率調(diào)用顯示子函數(shù)為保證系統(tǒng)的正常工作,在上電之后完成微處理器系統(tǒng),外圍設(shè)備的初始化設(shè)計(jì)和自檢。微處理器上電之后,立即進(jìn)入初始化模塊進(jìn)行設(shè)置,關(guān)閉所有中斷,進(jìn)行系統(tǒng)總線的初始化,接著依次設(shè)置系統(tǒng)的晶振,定時(shí)器,串行通訊端口,片內(nèi)外的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器和所有的I/O端口。然后C8051加載應(yīng)用程序運(yùn)行,大量的過程處理和算術(shù)運(yùn)算是由函數(shù)庫軟件實(shí)現(xiàn)的,實(shí)時(shí)監(jiān)測過程的執(zhí)行是由中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)的。4.2子程序流程圖4.2.1ADC0809采集數(shù)據(jù)流程圖返回結(jié)束轉(zhuǎn)換EOC=1？轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)選擇通道編譯選通代碼開始返回結(jié)束轉(zhuǎn)換EOC=1？轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)選擇通道編譯選通代碼開始 Y N4.2.2顯示部分子程序流程圖開始開始選擇對應(yīng)數(shù)碼管編譯顯示代碼選擇對應(yīng)數(shù)碼管編譯顯示代碼從表中查詢對應(yīng)編碼從表中查詢對應(yīng)編碼返回返回4.2.3對被存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)操作的流程圖開始開始轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制碼讀低八位讀低八位讀高八位讀高八位將低八位和高八位合并成一個(gè)字將低八位和高八位合并成一個(gè)字返回返回4.2.4系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)方案設(shè)計(jì)的要求,調(diào)試過程共分為3大部分：硬件調(diào)試,軟件調(diào)試和軟硬聯(lián)跳。單片機(jī)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是不能分開的,許多硬件錯(cuò)誤是在軟件調(diào)試中發(fā)現(xiàn)和糾結(jié)的。但通常是先排除明顯的硬件故障以后,在和軟件結(jié)合起來調(diào)試以進(jìn)一步排除故障。可見硬件的調(diào)試是基礎(chǔ)。如果硬件調(diào)試不通過,軟件設(shè)計(jì)就是無從說起4.3硬件調(diào)試排除邏輯故障這類故障往往是由于設(shè)計(jì)和加工制板的過程中工藝性的錯(cuò)誤造成的。主要包括：錯(cuò)線,開路,短路。排出的方法是首先將加工的印制板認(rèn)真對照原理圖,看兩者是否一致。應(yīng)特別注意電源系統(tǒng)檢查,以防止電源短路和極性錯(cuò)誤,并重點(diǎn)檢查系統(tǒng)總線是否存在相互之間短路或者與其他信號線短路。必要時(shí)利用數(shù)字萬用表和短路測試功能,可以縮短排錯(cuò)時(shí)間。排除原件失效造成這類錯(cuò)誤的原因主要有兩個(gè)：一個(gè)是元器件買來時(shí)就是壞的；另一個(gè)是安裝錯(cuò)誤,造成期間燒壞。可以采取檢查元器件與設(shè)計(jì)要求的型號,規(guī)格和要求是否一致。在保證安裝無誤之后,用替換方法排除錯(cuò)誤。排除電源故障在通電前,一定檢查電源電壓的幅值和極性,否則很容易造成集成塊損壞。第五章設(shè)計(jì)收獲及心得體會(huì)三周的課程設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)眼即逝,又到了結(jié)束的時(shí)候了。這次信號檢測課程設(shè)計(jì)可以說是非常辛苦的,但是卻學(xué)到了很多以前沒有接觸過的東西,比如PROTEUS同時(shí)還鞏固了以前在課堂上學(xué)到的知識,并且掌握了許多在課本上學(xué)不到的東西。通過參加本次課程設(shè)計(jì),熟悉了數(shù)字信號處理的基本方法,對信號的檢測有了一個(gè)進(jìn)一步的新的認(rèn)識,對單片機(jī)及C語言進(jìn)一步熟悉。以前接觸的基本都是單片機(jī)的一些基礎(chǔ)知識,而這次的課程設(shè)計(jì)需要對單片機(jī)有較深的理解,這就需要我們深入的去進(jìn)一步學(xué)習(xí)和了解單片機(jī)的知識,比如單片機(jī)的最小工作系統(tǒng)的電路。在血氧飽和度的測量中,光電傳感器是非常重要的,這是采用雙波長法的基礎(chǔ)。其次,濾波器也是很必要的。懂得理論結(jié)合實(shí)踐的重要性,只在課堂上學(xué)好知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,還需要親手去操作,親手去實(shí)踐,去驗(yàn)證。只有把所學(xué)到的理論知識應(yīng)用到實(shí)踐中去,并從實(shí)踐中得出結(jié)論才能提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考能力。作為一名電子信息科學(xué)與技術(shù)大三的學(xué)生,我覺得信號檢測綜合訓(xùn)練是十分有意義的,而且是十分必要的。在已度過的大學(xué)時(shí)間里,我們大多數(shù)時(shí)間是花費(fèi)在教室中的,在課堂上掌握的也僅僅是理論知識,課程設(shè)計(jì)正是一個(gè)讓我們把理論轉(zhuǎn)換成實(shí)踐的一個(gè)平臺(tái)。在做本次課程設(shè)計(jì)的過程中,我感觸最深的就是查閱了大量有關(guān)于血氧飽和度和單片機(jī)的資料了,為了讓自己的課設(shè)做的更加完善,查閱資料這是必不可少的。我們不是藝術(shù)家,不能夠拋開實(shí)際盡情的在幻想的海洋里遨游。而我們,作為工科學(xué)生,要做的一切有根有據(jù),一切有理可循,不切實(shí)際的構(gòu)想永遠(yuǎn)只能是構(gòu)想,不能升級成為設(shè)計(jì)。在這次課程設(shè)計(jì)中,我們運(yùn)用到了許多我們以前學(xué)到的東西,如PROTEUS,KeilVision軟件等。雖然從未獨(dú)立應(yīng)用過他們,但在學(xué)習(xí)的過程中帶著問題去學(xué)習(xí)我發(fā)現(xiàn)效率很高,這是我做課設(shè)的一大收獲。在課程設(shè)中遇到問題很正常,但我們應(yīng)當(dāng)將問題記錄下來,并分析清楚,以免下一次出現(xiàn)同樣的問題,發(fā)現(xiàn),提出,分析,解決問題和實(shí)踐能力都能夠顯著提高總的來說,這次課程設(shè)計(jì)還是相對比較成功的,在設(shè)計(jì)中遇到過很多問題,但在老師和同學(xué)們的幫助下,最終順利的完成了課設(shè)任務(wù),心理有些小小的成就感。同時(shí)在這次課程設(shè)計(jì)中也讓我發(fā)現(xiàn)了自身的許多不足之處,比如對數(shù)字信號的掌握不夠熟悉,對單片機(jī)的掌握也是半斤八兩,沒有做到融會(huì)貫通,舉一反三,在一些基礎(chǔ)知識上沒有顯得游刃有余,對知識缺乏深入探究的好奇心,這是在今后生活中需要認(rèn)真去改正的。并且在將來的畢業(yè)設(shè)計(jì)和生活學(xué)習(xí)中做的更好,更加完善。最后,感謝王琦老師在課設(shè)期間對我們的幫助,幫助我們順利的完成了這次的課設(shè)任務(wù)。第六章參考文獻(xiàn)[1]趙文博,劉文濤.單片機(jī)語言C51程序設(shè)計(jì)[J].人民郵電出版社.2005[2]王秀章,陳聲權(quán).脈搏式血氧飽和度檢測方法的研究[J].中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志,1995,<1>.[3]宋相和,王耘.脈搏波:溝通中醫(yī)和西醫(yī)的橋梁[J].中西醫(yī)結(jié)合學(xué)報(bào),2008,<9>[4]于巍,古慶恩,黃世安.脈搏血氧飽和度監(jiān)測技術(shù)的研究進(jìn)展[J].中國醫(yī)學(xué)裝備,2008,<4>.[5]蘇永春,姚翔,梁妃學(xué),于巍,鄧親愷.基于獨(dú)立分量分析的脈搏波信號的降噪處理[J].醫(yī)療設(shè)備信息,2006,<6>.[6].蘇永春,于巍,姚翔,梁妃學(xué),鄧親愷.利用LMS算法處理血氧飽和度監(jiān)測中的脈搏波信號[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2006,<7>.[7]張虹,孫衛(wèi)新,金捷.脈搏血氧飽和度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)中干擾信號的處理方法[J].國外醫(yī)學(xué).生物醫(yī)學(xué)工程分冊,2000,<2>.[8]張虹,孫衛(wèi)新,金捷.脈搏血氧飽和度檢測中自適應(yīng)濾波消除運(yùn)動(dòng)偽差的方法研究[J].生物醫(yī)學(xué)工程與臨床,2001,<1>.[9]李剛,李尚穎,林凌,王焱,李曉霞,盧志楊.基于動(dòng)態(tài)光譜的脈搏血氧測量精度分析[J].光譜學(xué)與光譜分析,2006,<10>.[10]張坤,焦騰,付峰,張雯,董秀珍.運(yùn)用小波模極大值濾波算法消除光電容積脈搏波中的運(yùn)動(dòng)干擾[J].儀器儀表學(xué)報(bào),2009,<3>[11]潘明,黃繼業(yè),潘松.單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)[J].清華大學(xué)出版社.2011附錄1：元件清單序號品名規(guī)格信號數(shù)量備注1單片機(jī)AT89C5112數(shù)據(jù)鎖存器74HC37333液晶顯示屏LCD160214放大器AD746SP55555定時(shí)器55516解調(diào)器74LS406317正負(fù)1放大器TL08418D觸發(fā)器74LS7419邏輯或非門74LS02110邏輯非門74LS04111邏輯與門74LS09212按鍵式開關(guān)513三極管8550314二極管215發(fā)光二極管216石英晶振12MHZ117電阻200歐669K1010K125.86K51K2100K41M118電感1uH219電容0.01uF20.1uF820pF24.7uF41nF120uF18pF1附錄2：程序清單#include<reg51.h>//函數(shù)頭文件#include<absacc.h>//功能函數(shù)頭文件#defineCS0809XBYTE[0xfeff]//adc0809的地址#defineucharunsignedchar//自定義變量#defineuintunsignedint//自定義變量sbitEOC=P3^0;//特殊位自定義sbitkey=P1^3;sbitdula=P1^5;sbitwela=P1^6;sbitP20=P2^0;sbitP21=P2^1;sbitP22=P2^2;sbitP31=P3^1;ucharcodetable[]={//顯示代碼表0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};voiddelay<uint>;//子程序自定義voidinit<>;voidint0<>;uintshu1,shu2;voiddisplay1<uchar,uchar,uchar>;voiddisplay2<uchar,uchar,uchar>;ucharflag1,bai,shi,ge,aa,bb,cc,c;ucharI1,I2,I3,I4,k,SPO2,V1,V2,V3,V4;uinttemp;voidmain<>//主函數(shù)部分:功能是顯示{int0<>interrupt1;while<1>//利用變量C的值來控制標(biāo)志位的值{if<c=1>{flag1=1;}else{flag1=0;c=0;}if<flag1=1>//利用標(biāo)識符的值來進(jìn)行顯示切換{display1<bai,shi,ge>;}else{display2<aa,bb,cc>;}}}voiddelay<uintx>//延遲函數(shù)調(diào)用,帶參數(shù)反回{uinti,j;for<i=x;i>0;i-->for<j=110;j>0;j-->;}voidget_temp<>{uchara,b;transform<>;delay<1>;tempwritebyte<0xfeff>;//寫轉(zhuǎn)換指令a=tempread<>;//讀低8位b=tempread<>;//讀高8位temp=b;temp<<=8;//兩個(gè)字節(jié)組合成一個(gè)字temp=templa;returntemp;}voidinit<>//處理數(shù)據(jù)部分{ucharI1,I2,I3,I4,k,SPO2,V1,V2,V3,V4,p;get_temp<>;I1=temp;//紅外光直流get_temp<>;I2=temp;//紅外光交流get_temp<>;I3=temp;//紅光交流get_temp<>;I4=temp;//紅光直流V1=I1*1000000+7.5*0.001；V2=I2*1000000+7.5*0.001；V3=I3*1000000+7.5*0.001；V4=I4*1000000+7.5*0.001；k=<POW<10,<I1+I2>>/I1>/<POW<10,<I3+I4>>/I4>;SPO2=108.6-33.67k;nnt1<>;nnt2<>;nnt11<>;nnt21<>;p=<POW<10,<Imax<I3>>/Imin<I3>>>/<POW<10,<Imax<I2>>/Imin<I2>>>;shu1=SPO2;shu2=p;returnshu1,shu2;}voidnnt1<>//最大值調(diào)用函數(shù){uintI3;for<m=0;m<8;m++>{i=m;j=m+1;if<I3[j]>I3[i]>I3[i]=I3[j];}Imax<I3>=I3[i];returnImax<I3>;}voidnnt2<>{uintI2;for<m=0;m<8;m++>{i=m;j=m+1;if<I2[j]>I2[i]>I2[i]=I2[j];}Imax<I2>=I2[i];returnImax<I2>;}voidnnt11<>//最小值調(diào)用函數(shù){uintI3;for<m=0;m<8;m++>{i=m;j=m+1;if<I3[j]<I2[i]>I3[i]=I2[j];}Imin<I3>=I3[i];returnImin<I3>;}voidnnt21<>{uintI2;for<m=0;m<8;m++>{i=m;j=m+1;if<I2[j]<I2[i]>I2[i]=I2[j];}Imin<I2>=I2[i];returnImin<I2>;}voidint0<>interrupt1//處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成可顯示的數(shù)字{init<>;uintc;c=0;bai=shu1/100;shi=shu1%100/10;ge=shu1%10;aa=shu2/100;bb=shu2%100/10;