目錄-PAGEIII-基于單片機(jī)的血氧飽和檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)隨著時(shí)代的發(fā)展，人們的飲食和生活習(xí)慣都出現(xiàn)明顯的變化，生活節(jié)奏日益加快，同時(shí)受到熬夜等不良習(xí)慣的影響，目前心腦血管疾病的發(fā)生率不斷提高，這時(shí)就很有必要高效的進(jìn)行體征信號(hào)檢測(cè)來(lái)應(yīng)對(duì)與此相關(guān)的問題。人體的新陳代謝和氧化反應(yīng)密切相關(guān)，氧進(jìn)入血液后和血紅蛋白（Hb）在一定模式下結(jié)合而形成成氧合血紅蛋白（HbO2），所得的這種蛋白運(yùn)輸?shù)礁鹘M織細(xì)胞中，而起到運(yùn)輸氧氣的作用。在血液檢測(cè)中，需要確定出這種結(jié)合蛋白的比例，也就是血氧飽和度SaO2。本論文在此背景下開展研究，為滿足這方面檢測(cè)要求，而設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的血氧飽和檢測(cè)儀，這種檢測(cè)儀有多方面的優(yōu)勢(shì)，可以在外界環(huán)境影響下準(zhǔn)確的檢測(cè)血氧狀況，為健康監(jiān)護(hù)提供支持。在研究過程中先對(duì)血氧測(cè)定法原理進(jìn)行論述，接著為滿足檢測(cè)要求，而設(shè)置了單片機(jī)以及指套式傳感器，同時(shí)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，而確保實(shí)現(xiàn)最終功能。關(guān)鍵詞：血氧飽和檢測(cè)儀；51單片機(jī)；脈搏血氧測(cè)定法目錄TOC\o"1-3"\h\u28006摘要 I14342ABSTRACT II22656第一章緒論 560041.1研究的意義 5217911.2國(guó)內(nèi)外的研究狀況 5229051.3血氧飽和度測(cè)量?jī)x的應(yīng)用 5198471.3.1在軍事上的救護(hù)中的應(yīng)用 56381.3.2民用醫(yī)療的應(yīng)用 6130311.4血氧飽和度測(cè)量?jī)x的未來(lái)趨勢(shì) 6275711.5主要研究?jī)?nèi)容 6315901.5.1理論依據(jù) 65496第二章系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 8177792.1系統(tǒng)總體框圖 8281282.1.1硬件電路設(shè)計(jì) 8293532.1.2軟件設(shè)計(jì) 8134562.2單元電路設(shè)計(jì) 8242652.2.1心率血氧模塊 8118422.2.2核心板STC12 10152582.2.3液晶顯示器 1111701第三章軟件模塊的設(shè)計(jì) 1283673.1程序流程 12258123.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 1257223.2.1液晶顯示器的程序設(shè)計(jì) 12185183.2.2心率血氧模塊的程序設(shè)計(jì) 14239073.3設(shè)計(jì)程序 1424877第四章調(diào)試總結(jié) 183054.1調(diào)試結(jié)果 186214.2調(diào)試后對(duì)比數(shù)據(jù) 1928812第五章總結(jié)與展望 20203905.1總結(jié) 20310115.2不足與展望 209329參考文獻(xiàn) 2222975附錄 23第二章第一章緒論1.1研究的意義氧和機(jī)體正常運(yùn)行存在密切關(guān)系，且直接決定了人類健康。在心臟的作用下血液脈動(dòng)地流過肺部，且從呼吸道吸入的氧氣結(jié)合還原血紅蛋白(HbR)而形成HbO2，相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)大約2%的氧溶解在血漿里，這些血液在壓力作用下不斷的運(yùn)動(dòng)，最終進(jìn)入到毛細(xì)血管，且在此處釋放攜帶的氧氣，從而滿足組織細(xì)胞對(duì)氧的需求，滿足正常的代謝要求。血液中HbO2的比例就是血氧飽和度(SO2)，在檢測(cè)呼吸循環(huán)過程中此指標(biāo)有重要的意義，直接反映出機(jī)體健康與否。監(jiān)測(cè)動(dòng)脈血氧飽和度(SaO2)可用于判斷出肺的氧合和血紅蛋白攜氧能力，因而可據(jù)此反映出呼吸功能，正常情況下此指標(biāo)為98%。檢測(cè)血氧飽和度可以判斷出對(duì)象是否存在低氧血癥，有利于提高手術(shù)安全性，為減少意外提供支持。根據(jù)臨床經(jīng)驗(yàn)可知，腦組織對(duì)氧的敏感性高，短時(shí)間的缺氧狀態(tài)，則會(huì)造成不同程度的損傷嚴(yán)重情況下還會(huì)導(dǎo)致意識(shí)障礙，永久性腦損傷。一般大腦細(xì)胞耐受缺氧只有十分鐘，在持續(xù)性缺氧情況下，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的傷害。肝臟、腎臟在氧氣供應(yīng)不足情況下也會(huì)導(dǎo)致明顯的損傷，如肝功能不全，腎功能障礙，心肺在缺氧后同樣導(dǎo)致與此相關(guān)的損傷。檢測(cè)血氧飽和度有重要的意義，可為預(yù)防上述缺氧損傷提供支持，確定出是否出現(xiàn)血循環(huán)疾病。相關(guān)調(diào)查結(jié)果表明，一般情況下人體的動(dòng)脈血氧飽和度變化區(qū)間為89%之間，低于此指標(biāo)情況下很容易導(dǎo)致各種不良反應(yīng)。手術(shù)前手術(shù)后的病人監(jiān)護(hù)過程中，需要重點(diǎn)檢測(cè)的一項(xiàng)指標(biāo)就是血氧飽和度，也是臨床護(hù)理中的主要檢測(cè)指標(biāo)。血氧飽和度可通過不同的方法進(jìn)行檢測(cè)，傳統(tǒng)方法主要是采血后通過血?dú)夥治鰞x進(jìn)行電化學(xué)分析，這種模式的效率低，且不滿足便捷性要求，為此一些學(xué)者基于組織對(duì)光特征來(lái)間接測(cè)量，確定出血氧飽和度，從而安全、可靠的檢測(cè)血氧飽和度，表現(xiàn)出較高的應(yīng)用價(jià)值。1.2國(guó)內(nèi)外的研究狀況國(guó)外學(xué)者很早就關(guān)注生物電子醫(yī)療相關(guān)問題，且進(jìn)行深入研究，在不斷的改進(jìn)基礎(chǔ)上研發(fā)出很多功能強(qiáng)大的醫(yī)療器，且對(duì)應(yīng)的智能化和自動(dòng)化水平不斷提高，在許多臨床中取得良好的效果。目前美國(guó)和日本在血氧飽和度檢測(cè)方面研發(fā)出相關(guān)自動(dòng)化檢測(cè)儀。在血氧檢測(cè)方面，上世紀(jì)二十年代基于比爾－朗伯定律的檢測(cè)方法被提出來(lái)，其后到上世紀(jì)八十年代Nellcor公司研發(fā)出N-100儀器來(lái)檢測(cè)這方面指標(biāo)，這種設(shè)備主要是通過發(fā)光二極管作為光源，設(shè)置光敏管作接收探頭，然后檢測(cè)的信息通過單片機(jī)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)智能化檢測(cè)目的。有的學(xué)者在進(jìn)行血氧飽和度檢測(cè)過程中應(yīng)用到MCDST算法，有的則對(duì)這種信號(hào)的特征進(jìn)行分析，而通過奇異值分解SVD進(jìn)行信號(hào)處理而提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，更好的滿足實(shí)際應(yīng)用要求。我國(guó)在這方面起步比較晚，不過近年來(lái)在市場(chǎng)需求的促進(jìn)作用下，與此相關(guān)的研究不斷增加，相關(guān)的檢測(cè)技術(shù)大量出現(xiàn)，如透射式、反射式、近紅外光譜血氧飽和度檢測(cè)技術(shù)等。1.3血氧飽和度測(cè)量?jī)x的應(yīng)用1.3.1在軍事上的救護(hù)中的應(yīng)用一、應(yīng)用于戰(zhàn)場(chǎng)急救在目前的社會(huì)發(fā)展形勢(shì)下，信息技術(shù)廣泛應(yīng)用，且導(dǎo)致和對(duì)場(chǎng)景都存在復(fù)雜的電磁信息干擾。信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的戰(zhàn)場(chǎng)急救對(duì)及時(shí)性有很高的要求，且需要在出現(xiàn)創(chuàng)傷后高效及時(shí)的救治，這對(duì)醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)施的要求明顯提高，為此就需要研發(fā)出一些針對(duì)傷員生命體征的監(jiān)護(hù)設(shè)備，為提高監(jiān)護(hù)水平提供支持，更好的滿足救護(hù)相關(guān)要求。二、應(yīng)用于高海拔地區(qū)人員身體檢測(cè)為在高原地區(qū)更好的開展訓(xùn)練，且對(duì)戰(zhàn)士的身體狀況進(jìn)行及時(shí)的動(dòng)態(tài)掌握，這種情況下酒很有必要進(jìn)行血氧飽和度測(cè)量，在此基礎(chǔ)上判斷出機(jī)體的生化指標(biāo)，統(tǒng)計(jì)分析一段時(shí)間內(nèi)戰(zhàn)士的身體變化規(guī)律，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究，而確定出更科學(xué)合理的訓(xùn)練計(jì)劃，為作戰(zhàn)起到重要的支持作用，更好的滿足安全性相關(guān)要求。1.3.2民用醫(yī)療的應(yīng)用一、連續(xù)的氧合估計(jì)血氧測(cè)量?jī)x在醫(yī)療監(jiān)護(hù)領(lǐng)域有重要的意義，可以高效的進(jìn)行血氧狀態(tài)檢測(cè)，為危急病人的手術(shù)提供支持保障，同時(shí)不需要進(jìn)行動(dòng)脈插孔，避免出現(xiàn)與此相關(guān)的損害。二、術(shù)前用藥和術(shù)后鎮(zhèn)痛的檢測(cè)手術(shù)前后患者的體征會(huì)產(chǎn)生明顯的變化，且在藥物的種類和劑量的變化情況下會(huì)產(chǎn)生不同的反應(yīng)，因而很有必要進(jìn)行這方面檢測(cè)，監(jiān)控患者的狀況，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行安全性保護(hù)。三、對(duì)新生兒的監(jiān)護(hù)新生兒出生后氧水平一般較低，且不適宜采血，這樣就很有必要進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，確定出組織氧合功能，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免呈現(xiàn)出明顯的重要器官損害。1.4血氧飽和度測(cè)量?jī)x的未來(lái)趨勢(shì)血氧飽和度在醫(yī)療救護(hù)領(lǐng)域有重要的意義，也是一個(gè)常用的檢測(cè)指標(biāo)，為更好的滿足這方面檢測(cè)要求，就需要專業(yè)的儀器進(jìn)行新生兒和有血液病例的病人進(jìn)行檢測(cè)，為體征監(jiān)控提供支持：增加多個(gè)探頭結(jié)構(gòu)這種方式可以更好的檢測(cè)人體末梢組織在運(yùn)動(dòng)條件下光的反射和散射性質(zhì)變化情況，有利于提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性，同時(shí)可以改善抗弱灌注能力，更好的滿足應(yīng)用要求。優(yōu)化信息提取技術(shù)，進(jìn)行數(shù)字化改進(jìn)處理芯片性能水平不斷提升形勢(shì)下，這方面的改進(jìn)很容易實(shí)現(xiàn)，因而很有必要進(jìn)行數(shù)字化改造。無(wú)線信號(hào)傳輸傳輸與互聯(lián)進(jìn)行信息的傳輸時(shí)選擇無(wú)線通信模式，這樣可以提高檢測(cè)的靈活性和便利性，同時(shí)擴(kuò)大應(yīng)用范圍。1.5主要研究?jī)?nèi)容本文主要是針對(duì)血氧飽和度監(jiān)測(cè)進(jìn)行研究，為滿足這方面檢測(cè)要求，而設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的血氧飽和度檢測(cè)儀，其主要是基于指夾式血氧探頭進(jìn)行脈搏檢測(cè)，同時(shí)利用單片機(jī)進(jìn)行信息處理，基于總體功能要求進(jìn)行分析，而確定出部分的設(shè)計(jì)方案，高效的處理與此相關(guān)的檢測(cè)問題。本設(shè)計(jì)的這種檢測(cè)設(shè)備在運(yùn)行過程中主要將交替點(diǎn)亮紅光、紅外光透射過手指的微弱光線，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后發(fā)送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，接著將所得的信號(hào)通過單片機(jī)來(lái)處理而顯示在顯示器上。通過光電傳感器進(jìn)行檢測(cè)分析，確定出脈搏的光吸收信息，檢測(cè)分析通過手指的光強(qiáng)信息，且對(duì)比分析確定出通過手指前后光強(qiáng)的變化情況，從而判斷出血氧飽和度。其中主要的檢測(cè)設(shè)備為光學(xué)傳感器，這種傳感器中安裝了發(fā)光二極和光電檢測(cè)器，后者可實(shí)現(xiàn)一定的信號(hào)檢測(cè)和轉(zhuǎn)換功能，光電檢測(cè)前接收到的信號(hào)越弱，則可判斷出光通過手指過程中吸收掉的就越多，可據(jù)此實(shí)現(xiàn)一定的檢測(cè)判斷目的。1.5.1理論依據(jù)1、光溶積法：主要是基于不同狀態(tài)下血液的透光率不同而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)目的。2、光源：設(shè)置一些特定的二極管光源，通過發(fā)射對(duì)血氧蛋白的特定波長(zhǎng)進(jìn)行檢測(cè)。3、透光率信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換而形成數(shù)字信號(hào)：確定出人體組織反射光線信號(hào)后進(jìn)行一定的濾波、放大和轉(zhuǎn)換處理后發(fā)送到單片機(jī)。理論公式的推理過程：這種方法主要是基于Beer-Lambert定律實(shí)現(xiàn)檢測(cè)目的，對(duì)應(yīng)的檢測(cè)原理為分光光度法，基于此原理進(jìn)行分析確定出兩種蛋白對(duì)不同波長(zhǎng)色光的吸光度，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行推導(dǎo)而得到血氧飽和度的定義，和表達(dá)式?？赏ㄟ^如下表達(dá)式確定出單色光透過某均勻溶液后透射光強(qiáng)I：式中：E對(duì)應(yīng)于溶液的吸光系數(shù)；D表示光程長(zhǎng)度。吸光度A為：A=ln(I0／I)=ECD

在溶液為均勻的血液情況下，進(jìn)行理論分析可知?jiǎng)用}血脈動(dòng)時(shí)，D和透射光I都會(huì)產(chǎn)生一定的改變，這樣可以通過如下表達(dá)式計(jì)算確定出A的改變△A：△A=ln[I／(I-△I)]=EC×△D

根據(jù)醫(yī)學(xué)相關(guān)理論，氧合、還原血紅蛋白在同樣的溶液中，二者的含量比等同于濃度，可據(jù)此確定出其表達(dá)式：式中：△W對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的信號(hào)的交直流成份之比，在一定的數(shù)學(xué)變換基礎(chǔ)上進(jìn)行分析可確定出，兩路光源透射過手指后此指標(biāo)表達(dá)式如下：

式中：Ei對(duì)應(yīng)于吸光系數(shù)，在波長(zhǎng)和組分確定情況下此指標(biāo)也固定對(duì)以上的表達(dá)式進(jìn)行改些，且適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換，而表示為如下的級(jí)數(shù)表達(dá)式：

這樣進(jìn)行檢測(cè)過程中單純需要測(cè)定出光信號(hào)中交直流成份的比例，在一定的最小二乘法基礎(chǔ)上進(jìn)行曲線擬合，判斷分析確定出A，B，C就可確定出此指標(biāo)的經(jīng)驗(yàn)公式，具體表示如下。第二章第二章系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體框圖圖2.1系統(tǒng)的總框圖本系統(tǒng)設(shè)計(jì)傳感器在運(yùn)行過程中主要是進(jìn)行二極管的檢測(cè)，基于雙波長(zhǎng)法進(jìn)行分析而得到血氧飽和度，將采集的信號(hào)進(jìn)行一定的濾波處理后，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，發(fā)送到寄存器中，然后通過單片機(jī)進(jìn)行處理后，在顯示屏上顯示，相關(guān)體系結(jié)構(gòu)情況如上圖所示。2.1.1硬件電路設(shè)計(jì)本文在設(shè)計(jì)過程中基于這種指標(biāo)的檢測(cè)原理設(shè)計(jì)血氧飽和度測(cè)量?jī)x相關(guān)的硬件單元，主要是選擇了合適的單片機(jī)，集成電路、傳感器和轉(zhuǎn)換設(shè)備等，以下進(jìn)行具體說明。2.1.2軟件設(shè)計(jì)編程產(chǎn)生時(shí)序，可實(shí)現(xiàn)一定軟件控制功能，如進(jìn)行信號(hào)采集、液晶顯示相關(guān)的操作。2.2單元電路設(shè)計(jì)2.2.1心率血氧模塊這種模塊對(duì)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)有直接決定作用，在設(shè)計(jì)過程中對(duì)比分析而選擇了MAX30102血氧心率檢測(cè)模塊，其功能強(qiáng)大，在運(yùn)行過程中可以同時(shí)進(jìn)行血氧和脈搏檢測(cè)，表現(xiàn)出極高的應(yīng)用價(jià)值和便利性。其中設(shè)置了紅光LED和紅外光LED、光電檢測(cè)器和濾波電路，在運(yùn)行過程中可以高效的過濾內(nèi)部和外部光干擾，有利于提高檢測(cè)準(zhǔn)確性們。研究發(fā)現(xiàn)其血氧測(cè)量范圍：50%-100%。組成情況如下圖。圖2.2心率血氧模塊的實(shí)物其中的組成單元如下圖2.3，以下對(duì)這種芯片中各部分進(jìn)行具體說明，為其后的設(shè)計(jì)提供支持。1、動(dòng)脈血氧飽和度子系統(tǒng)這種子系統(tǒng)主要包括光抵消、ADC、濾波器，在應(yīng)用過程中為有效的抵消環(huán)境光線干擾，而設(shè)置了軌道/保持電路，這樣可以更好的滿足檢測(cè)精確性要求，同時(shí)也擴(kuò)大了檢測(cè)的動(dòng)態(tài)范圍。對(duì)應(yīng)的信號(hào)取值范圍為2μA到16μA。內(nèi)部ADC為一種高性能的模擬數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器，在運(yùn)行過程中這種設(shè)備的采樣率為10.24MHz，其輸出速率最大情況下可達(dá)到3200sps。溫度傳感器MAX30102傳感器的檢測(cè)靈敏度高，根據(jù)相關(guān)資料可知其固有分辨率為0.0625°C，在運(yùn)行過程中檢測(cè)大的光信號(hào)為L(zhǎng)ED的波長(zhǎng)，這和最終結(jié)果的靈敏性與正確性存在直接關(guān)系。MAX30102輸出信號(hào)中數(shù)字了相應(yīng)的校正算法，這樣可以避免環(huán)境溫度變化導(dǎo)致的干擾，更好的滿足檢測(cè)精確性相關(guān)要求。LED驅(qū)動(dòng)器這種傳感器模塊中設(shè)置了IRLED驅(qū)動(dòng)器，在運(yùn)行過程中可以實(shí)現(xiàn)一定的調(diào)制目的，高效的進(jìn)行LED脈沖SpO2和HR相關(guān)的檢測(cè)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)，對(duì)應(yīng)的LED電流變化區(qū)間為0到50mA。此外LED脈沖寬度同樣的可基于應(yīng)用要求進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，從而滿足SpO2和HR準(zhǔn)確性相關(guān)要求。以下圖2.3進(jìn)行具體說明。圖2.3MAX30102芯片2.2.2核心板STC12本文設(shè)計(jì)過程中為滿足總體控制要求，實(shí)現(xiàn)最終測(cè)量和顯示目的，而選擇了STC12C5A60S2系列1T的8051單片機(jī)，這種單片機(jī)的功能強(qiáng)大，使用比例高，其主要的組成單元為，處理器、存儲(chǔ)器、計(jì)數(shù)器電源等，其表現(xiàn)出一定的集成性優(yōu)勢(shì)，數(shù)據(jù)采集和控制相關(guān)的單元基本上都包含，表現(xiàn)出較高的應(yīng)用價(jià)值。單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)這種血氧飽和度檢測(cè)儀的功能以及硬件作用的發(fā)揮都有直接的決定作用，因而應(yīng)該進(jìn)行準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)，本文研究過程中選擇匯編語(yǔ)言進(jìn)行編程，對(duì)應(yīng)的調(diào)試平臺(tái)為KeiluVision3。這種單片機(jī)在運(yùn)行過程中工作電壓5.5V-3.5V，其中設(shè)置了RAM，在應(yīng)用過程中可以通過串口載入程序，從而滿足控制相關(guān)要求。圖2.4核心板其中51單片機(jī)的最小系統(tǒng)主要包括復(fù)位和晶振電路，相關(guān)情況如下所示。1、復(fù)位電路對(duì)這種系統(tǒng)的正常運(yùn)行有直接決定作用，在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障而導(dǎo)致程序跑飛情況下，就應(yīng)該進(jìn)行復(fù)位。復(fù)位可以通過不同的模式進(jìn)行，其中自動(dòng)模式表現(xiàn)為復(fù)位引腳RST出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的高電平情況下，就可進(jìn)行自動(dòng)的復(fù)位。而此引腳持續(xù)為高電平，這種情況下則保持循環(huán)復(fù)位，通過按鈕可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位目的。2、晶振電路和系統(tǒng)的運(yùn)行速度存在密切關(guān)系，本文設(shè)計(jì)過程中通過11.0592M晶振X1實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的時(shí)鐘信號(hào)生成功能，將其和單片機(jī)的XTAL腳連接起來(lái)，為晶振功能實(shí)現(xiàn)提供支持。22p的電容C18和22p電容C17分別連接單片機(jī)的這兩個(gè)引腳。這兩個(gè)電容在應(yīng)用過程中可實(shí)現(xiàn)一定的濾波功能，提高單片機(jī)的運(yùn)行平穩(wěn)性和可靠性。2.2.3液晶顯示器本設(shè)計(jì)過程中為滿足相關(guān)的數(shù)據(jù)顯示要求，而選擇SMC1602A液晶顯示器，在運(yùn)行過程中一定的電場(chǎng)作用下，其中液晶排列方向發(fā)生變化，導(dǎo)致光線的透光率改變，可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行轉(zhuǎn)換，且通過R、G、B進(jìn)行一定的濾波和激勵(lì)，從而實(shí)現(xiàn)彩色重現(xiàn)的功能。圖2.6顯示出其組成結(jié)構(gòu)相關(guān)情況。在運(yùn)行過程中其可以顯示出16*2個(gè)字符，電壓4.5~5.5V，相關(guān)的引腳情況如下圖2.7。圖2.5液晶顯示屏其中顯示屏的芯片的引腳具體如下表：圖2.6顯示屏引腳第三章軟件模塊的設(shè)計(jì)3.1程序流程圖3.1采樣流程圖為在實(shí)際的運(yùn)行過程中為滿足應(yīng)用要求，需要在上電之后進(jìn)行硬件初始化。根據(jù)要求對(duì)相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，且配制中斷，對(duì)接口單和定時(shí)器相關(guān)的端口進(jìn)行設(shè)置，為其后的運(yùn)行提供支持。3.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.2.1液晶顯示器的程序設(shè)計(jì)在運(yùn)行過程中采集的血氧心率信號(hào)經(jīng)傳感器獲取后發(fā)送給單片機(jī)，后者對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，發(fā)送到液晶控制器，然后在顯示器上顯示出對(duì)應(yīng)的血氧飽和度信息即實(shí)現(xiàn)字符的顯示。具體顯示流程如圖3.2。圖3.2液晶顯示流程初始化系統(tǒng)設(shè)置，在此過程中對(duì)顯示器進(jìn)行設(shè)置：1、先設(shè)置16*2顯示，5*7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口；再設(shè)置開顯示，并不顯示光標(biāo)；接著設(shè)置讀寫后地址指針加一；然后定位第一行開頭；最后清屏避免干擾。液晶顯示的的編程和設(shè)置相關(guān)情況如下所示：1、顯示模式設(shè)置指令碼功能00111000設(shè)置16*2顯示，5*7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口顯示開/關(guān)及光標(biāo)設(shè)置指令碼功能00001DCBD=1開顯示；D=0關(guān)顯示C=1顯示光標(biāo)；C=0不顯示光標(biāo)B=1光標(biāo)閃爍；B=0光標(biāo)不顯示000001NSN=1當(dāng)讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針加一，且光標(biāo)加一。N=0當(dāng)讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針減一，且光標(biāo)減一。S=1當(dāng)寫一個(gè)字符，整屏顯示左移（N=1）或右移（N=0），以得到光標(biāo)不移動(dòng)而屏幕移動(dòng)的效果。S=0當(dāng)寫一個(gè)字符，整屏顯示不移動(dòng)。數(shù)據(jù)指針設(shè)置指令碼功能80H+地址碼（0-27H，40H-67H）設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針清零指令碼功能01H顯示清零：1、數(shù)據(jù)指針清零2、所有顯示清零02H顯示回車：1、數(shù)據(jù)指針清零3.2.2心率血氧模塊的程序設(shè)計(jì)根據(jù)前文的分析可知，心率血氧飽和度檢測(cè)時(shí)對(duì)應(yīng)的流程，并且通過模塊的說明書可以得知其心率血氧的程序：心率：1、獲取數(shù)據(jù)的程序“AT+HEART\r\n”2、傳送數(shù)據(jù)的程序“+HEART=NULL/數(shù)據(jù)\r\nOK\r\n”且“\r\n=OD,OA”血氧：1、獲取數(shù)據(jù)的程序“AT+SPO2\r\n”2、傳送數(shù)據(jù)的程序“+HEART=NULL\r\nOK\r\n”3.3設(shè)計(jì)程序在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行總體分析確定出程序應(yīng)有的功能，明確相應(yīng)的設(shè)計(jì)思路，和程序?qū)崿F(xiàn)的步驟，即“邏輯編程”，在此基礎(chǔ)上根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求和程序規(guī)范進(jìn)行編程，其后進(jìn)行運(yùn)行分析，確定出結(jié)果是否滿足要求，相關(guān)的程序如下所示：while(1){}}}}}}第四章調(diào)試總結(jié)4.1調(diào)試結(jié)果本設(shè)計(jì)的初次計(jì)劃，心率血樣檢測(cè)過程中，相應(yīng)的檢測(cè)單元通過STC8內(nèi)部晶振驅(qū)動(dòng)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取過程中主要是應(yīng)用到硬件IIC接口，進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)試分析發(fā)現(xiàn)，這種系統(tǒng)的心率血樣模塊數(shù)據(jù)極不穩(wěn)定，存在明顯的波動(dòng)性，在進(jìn)行調(diào)試過程中應(yīng)用到STM32編寫程序，且官方使用的為embed系統(tǒng)的，這樣不滿足跨平臺(tái)應(yīng)用要求，對(duì)其功能實(shí)現(xiàn)也產(chǎn)生不良影響，應(yīng)該進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化改進(jìn)。圖4.1第一版電路圖第二版運(yùn)行過程中主要是通過11.0592M晶振生成時(shí)鐘信號(hào)，且設(shè)置了高性能STM8的模塊，僅需通過串口指令進(jìn)行操作就可實(shí)現(xiàn)讀數(shù)據(jù)的功能，操作顯著簡(jiǎn)化。不過連接PCB之后，檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的晶振不起作用。第三版，在其后進(jìn)行改進(jìn)過程中，將單片機(jī)與洞洞板焊接，其后調(diào)試，發(fā)現(xiàn)各方面功能實(shí)現(xiàn)。圖4.2實(shí)物4.2調(diào)試后對(duì)比數(shù)據(jù)在進(jìn)行優(yōu)化后接著將本文設(shè)計(jì)的這種設(shè)備和市場(chǎng)上的心率血氧成品對(duì)比分析，確定出本系統(tǒng)的缺陷和不足，然后進(jìn)行針對(duì)性的改進(jìn)和優(yōu)化，為其功能實(shí)現(xiàn)提供支持。選擇的這種測(cè)試設(shè)備的測(cè)量區(qū)間為0%-100%，分辨率為1%，精度為±2%，對(duì)應(yīng)的脈搏區(qū)間為30-250bpm%，1bpm，精度±2%。在檢測(cè)過程中沒有抖動(dòng)情況下5-8秒即可獲得所需結(jié)果，相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)比情況如下圖4.3。畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)物(血氧飽和度/心率）成品(血氧飽和度/心率）199/9398/82298/8694/78390/10098/79486/8287/80588/9090/86690/10288/86794/10089/100圖4.3數(shù)據(jù)對(duì)比在測(cè)試過程中兩者的測(cè)試時(shí)間都處于較長(zhǎng)水平，且對(duì)比分析可知為滿足檢測(cè)精確的度要求，需要手指的位置達(dá)到較高的精度，出現(xiàn)一定的抖動(dòng)情況下或者結(jié)合不緊密情況下則讀不出數(shù)據(jù)或出現(xiàn)明顯的誤差。此外本系統(tǒng)沒有設(shè)置加指套式的外殼，這種情況下容易受到干擾，如環(huán)境光對(duì)其檢測(cè)性能會(huì)產(chǎn)生直接的影響。而成品具有指套式的外殼，且對(duì)應(yīng)的材料不透光，這樣可以更好的滿足檢測(cè)準(zhǔn)確性要求，同時(shí)內(nèi)層為吸光材料，這樣可以顯著減少二次反射和環(huán)境光線的干擾，有利于提高脈搏信號(hào)精確性，表現(xiàn)出較高的應(yīng)用價(jià)值。第五章總結(jié)與展望5.1總結(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)大學(xué)生有重要的意義，在設(shè)計(jì)過程中需要綜合應(yīng)用大學(xué)期間的各科知識(shí)，因而可以總體上檢驗(yàn)他們的學(xué)習(xí)情況。此外在設(shè)計(jì)過程中也會(huì)遇到各種不確定性的問題，最后在良師益友的幫助和自身的不懈努力下都較好地解決。畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中先根據(jù)本課題要求搜集與此相關(guān)的專業(yè)資料，邱老師的指導(dǎo)下，我順利的搜集到對(duì)本課題有重要指導(dǎo)價(jià)值的資料，為且明確了設(shè)計(jì)目標(biāo)和思路，這對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)施和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)有重要支持作用。此外其他同學(xué)在程序設(shè)計(jì)方面也進(jìn)行了多次