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基于Cortex-M3的无线脉搏血氧饱和度监测系统研究

刘杨  
【摘要】:血氧指标是反映人体生理状况的基本参数。血氧含量可以用还原血红蛋白浓度和含氧血红蛋白浓度来表征,是人体生理监测的重要指标。传统的血氧检测方法是有创的:取动脉血,测量动脉氧分压,并计算动脉血氧饱和度。尽管有创检测方法结果准确,但这种方法需动脉穿刺或者插管,病人有痛苦,并且不能连续进行监测,特别是对于危重患者或新生儿,经常取血是不现实的。无创动脉血氧饱和度检测方法是基于光电检测原理,通过检测光线通过血管,光线减弱后光吸收量的变化,并且消除其他干扰的影响求得血氧饱和度(SpO2)。该方法具有准确、安全、连续、实时、快捷及无损伤等优点,既适用于医院普通病房的监护,又适用于个人家庭监护。目前该方法是计算血氧饱和度采用最多的方法。 近些年来,随着无线传输技术的不断进步,无线血氧饱和度检测设备越来越受到关注。但目前用于实时血氧监控的无线技术还是处于起步阶段。 基于目前的发展状况,本文设计了一种基于ARM-cortexM3内核的、处理核心为STM32F103的脉搏血氧饱和度监测系统,利用无线收发一体芯片nRF24L01的模块ptr6100M构建一个无线监测平台。本文介绍了实时无线血氧监测系统的相关技术及总体设计方案,并详细介绍了各模块硬件设计及系统软件设计。整个系统由血氧模拟放大模块、血氧采集及数字处理模块、无线传输模块以及上位机软件模块四大部分组成。血氧模拟放大模块以STM32F103为核心处理器,由 STM32F103产生交替时序控制信号,分时段驱动红光(660nm)及红外光(940nm)发光二极管。光电二极管先将接收到的光信号转换为电流信号,再通过电阻将电流信号转换为电压信号。之后通过放大、滤波等步骤得到红光和红外光两路信号,之后送入STM32F103的ADC,进行数字滤波处理,从而得出人体的血氧饱和度。之后通过无线模块发送到无线传感网络中。无线网络的监控站节点通过串口将数据传输到上位机,由上位机经过进一步处理后显示血氧波形和脉搏血氧数据,并将数据存入数据库中。 本文最后对无线脉搏血氧饱和度监测系统进行了调试与测试实验。得出该系统能准确采集血氧信号并进行数字处理。实验证明,本文的脉搏血氧饱和度监测系统的设计,很好地消除了噪音干扰,具有很高的测量精度。本文设计的无线平台,能实时、中短距离内监控病人的血氧变化,实验证明,本系统基本达到了预期的目的。


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