第１４卷第７期 软件导刊 Ｖ０１．１４ＮＯ．７ ２０ｌ５年７月 Ｓｏｆｔｗａｒｃ Ｇｕｉｄｏ Ｊｕｌｙ．２０ｌ ５ 基于Ｍ Ｓ Ｐ４３０ Ｆ４４的血氧测量仪设计 季夭蓬 （南通理工学院新能源工程系，江苏南通２２６００２） 摘 要：介绍了以ＭＳＰ４３０Ｆ４４为处理器的血氧含量测量仪设计过程。血氧测量系统是以红外传感器来获得血样信 息，并利用ＣＡ３１４０构成放大与整形电路产生脉冲信号，脉冲信号通过处理器分析和比对得到血氧含量值，通过 １６０２ＬＣＤ液晶屏进行显示。血氧测量仪既可应用于医院，也可用于家庭和小型体检机构，可方便快捷地对人体的血 氧含量进行检测。 关键词：ＭＳＰ４３０Ｆ４４；血氧含量测量仪；红外传感器 ＤＯＩ：１０．１１９０７／ｒｊｄｋ．１５１２９０ 中图分类号：ＴＰ３１９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—７８００（２０１５）００７—０１３７—０３ 血氧测量仪的使用已经逐步从医院专用仪器转变为家庭 ０ 引言 必备测量仪器。 检测人体血液中氧的含有量是判别人体呼吸系统和 Ｎｉｃｏｌａｉ和Ｋｒａｍｅｒ两位科学家于１９３２年首次发明了 人体循环系统是否缺氧的重要指标。血氧测量仪以往仅 脉搏血氧饱和度测量仪，自此血氧含量检测仪器的发展步 在病人手术和监护时使用，近年来随着科技进步和人们生 入了一个崭新的时代。随着电子技术的飞速发展，血氧检 活水平的提高，血氧测量仪正逐步走向大众，为人们提供 测仪器的功能越来越强大，其测量精度也越来越高，目前 了直接、快速、有效的血氧含量参数 ］。 根据ＲＢＡＣ裔咖 蹦户的权限范围 前所处的状态ｌｌ一’ Ｉｌ ＤｏＴｒａｎｓ！ｌｔ！ｉ Ｊｏｎ Ｉ ３ 结语 借助面向照明管理业务工作流引擎，可以较快地完成 满足权瞄＿ｌ？ 照明管理项目开发。工作流引擎灵活高效并且扩展性强， 在保证开发效率的同时，提高了系统的易维护性及弹性。 启动搿务 参考文献： ［１３ ＷＦＭＣ—ＴＣＯ０—１００３ Ｉｓｓｕｅ １．１．Ｗｏｒｋｆｌｏｗ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｃｏａｌｉｔｉｏｎ：ｔｈｅ 新建记录？ ｗｏｒｋｆｌｏｗ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｍｏｄｅｌ［－Ｓ］．１９９５． 是 ［２］ｗＦＭｃ＿Ｔｃ－１Ｏｌ１ Ｉｓｓｕｅ ３．０．Ｗｏｒｋｆｌｏｗ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｃｏａｌｉｔｉｏｎ：ｗｏｒｋｆｌｏｗ 按照流程模型 ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｃｏａｌｉｔｉｏｎ ｔｅｒｍｉｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｇｌｏｓｓａｒｙ［Ｓ］．１９９９． 根据模ｌ型定义 按规则生成Ｉｄ 把记录更新到 个流秘状态 ｒ３］ ＤＡＶＩＤ Ｈ０Ｉ ＬＩＮＧＳＷ０ＲＴＨ．Ｔｈｅ ｗｏｒｋｆｌｏｗ ｒｅ｛ｅｒｅｎｃｅ ｍｏｄｅｌ：１０ ｙｅａｒｓ［Ｊ］．Ｗｏｒｋｆｌｏｗ ＨａｎｄＢｏｏｋ，２００４（１）：２９５—３１２． ｅ ｂａｓｅｄ ａｃｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ［ｃ］． 摩备提交 提交失败，返回 ［４］ ＦＥＲＲＡＩＯＬＯ Ｄ Ｆ，ＫＵＨＮ Ｄ Ｒ．Ｒｏｌ失败睬圜 １５ｔｈ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，１９９２：５５４ ５６３． 根据模型的定义，执行数据 更新（ｕｐｄａｔｅ）、于表关联 ——１ｒ一 （ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ）、ｆ』志记蒙 足 Ｅ５］胡长城．揭秘Ｊｂｐｍ流程引擎内核设计思想及架构［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔ （ａｄｄｔｏｇ）、数据加减 一一 ｔｐ：／／ｂｌｏｇ．ｃｓｄｎ．ｎｅｔ／ｊａｍｅｓ９９９／． （ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ）、触发事件等操作 成功执行 事务阐滚 （责任编辑：杜能钢） 图６ ＤｏＴｒａｎｓｉｔｉｏｎ算法流程 基金项目：大学生实践训练计划立项项目（２Ｏ１３１２Ｏ５６０１２Ｘ） 作者简介：李天鹰（１９７９一），男，江苏南通人，南通理工学院新能源工程系讲师，研究方向为控制论与控制工程。 软件导刊 ２０１５焦 人体血液缺氧主要表现为两种情况，一是急性缺氧， 主要表现为意识模糊，全身皮肤、嘴唇、指甲青紫，血压下 降，严重的可导致心跳停止、缺氧窒息而死亡。二是慢性 缺氧，慢性缺氧者则有头晕、头痛、耳鸣、眼花、四肢软弱无 力、心跳快速无力等症状。因此脉搏血氧含量测量对患 者、老年人、运动员等高负荷运动群体尤为重要。 心脏是人体内部的发动机，驱动人体的各个部分正常 运转，在心脏的周期性跳动过程中，血流以波的形式从主 动脉血管开始向人体的动脉系统传播，形成脉搏波，从脉 搏波中可提取人体的各种生理信息，脉搏波所表现出的波 形、波的幅值、波的频率和周期等方面的综合信息，可基本 展示人体心血管系统中许多生理病理特征，通过对这些特 征的分析和判断，医护人员可以准确诊断出患者的病因， 因此对脉搏波采集和处理在医学上具有广阔的前景和应 用价值。由于人体的生理信号为低频信号且通常有强噪 声干扰，因此红外传感器采集到的信号必需经过放大和滤 波才能满足处理器的要求。 １ 系统基本结构 血氧测量仪主要是通过测量所选光波波长为主要信 息来测定血氧含量。由于红外光电传感器产生的光线能 够穿过人体的皮肉组织，光线被红外传感器接收并转换成 电压信号，处理器对电压信号进行分析处理并通过液晶屏 １６０２ＬＣＤ显示。 血氧监测仪是利用光电传感器作为变换原件，把采集 到的红外光转换成电信号，然后用电子仪表进行测量和显 示的装置。血氧测量仪系统的电路组成包括光电检测电 路、带通滤波电路、处理器控制电路、液晶显示电路、供电 电源等。当手指置于红外发射传感器和接收传感器之间 时，由于心脏的不断跳动，人体血管中血液的流量就会发 生相应的变化。由于手指尖放在光线的传递路径中间，血 管中血液饱和程度的变化将导致红外光的强度发生变化， 这种变化和心跳的频率基本相同。红外接收传感器的电 流也随着改变，经过电路转换使电流信号转变为电压信 号，这就是红外传感器输出脉冲信号，该信号经放大、滤 波、整形后输出，输出的脉冲信号作为处理器的外部中断 信号。处理器对输入的脉冲信号进行计算处理后把结果 发送到１６０２ＬＣＤ显示。血氧监测仪的系统结构如图１所 示。 图１硬件系统结构 ２ 系统主要电路与信号处理方法 ２．１光电检测电路 获取血液信息的方法是通过红外光发射和接收的变化 转换成电信号，红外传感器将接收到的红外光按一定的函 数关系转换成便于测量的电压输出 。电路如图２所示。 Ｏ Ｏｌ ： 图２光电检测电路 ２．２带通滤波电路 带通滤波电路是处理光电传感器采集到的低频信号模 拟电路，主要包括截止频率为４０Ｈｚ的二阶低通滤波器（见 图３）和截止频率为０．１Ｈｚ的二阶高通滤波器（见图４）。 ２．３单片机控制电路 运用了ＭＳＰ４３０Ｆ４４作为控制电路的核心元件，其优 点是运算速度快、数据处理准确，外围电路设计简单，功耗 和故障率低。控制过程中ＭＳＰ４３０Ｆ４４内部的中断／定时／ 计数功能对输入的脉冲电平进行运算分析并处理＿３］。 ｖｉ 图３截止频率为４０ｔｌｚ的二阶低通滤波器 ２Ｍ Ｖｉ＿＿１ 图４截止频率为０．１Ｈｚ的二阶高通滤波器 第７期 李天鹰：基于ＭＳＰ４３０Ｆ４４的血氧测量仪设计 ・ １３９・ ２．４信息显示与供电 测量结果选用液晶屏１６０２ＬＣＤ显示而不是使用数码 管，这样设计不仅可直接读出数据，而且显示的信息量也 增多。测量仪的电源为单电源１．８～３．６Ｖ，低功耗设计， 光电传感器、信号处理电路、处理器等共用同一电源 。 微处理器将光电传感器输出的信号波长６６０ ｎｍ的红 光和９４０ ｎｍ的近红外光按表１的要求进行处理，在血液 经过被测组织时，通过测量血液波动的波峰和波谷的吸光 度变化来计算血氧含量［５］。 表１信号波长分析处理 测量仪的监测部位为手指尖，通过比较参数值来确定 血氧量是否正常，血氧正常值为正常成于等于９５～ ９７％，婴儿大于等于９１～９４％。 ３影响血氧测量的主要因素 测量过程中，红外传感器检测到的脉搏信号很微弱， 容易受到外界环境干扰，其中主要的干扰源有强光、电磁 以及测量时的运动噪声等。 （１）传感器安装位置出现偏差或被测人在剧烈运动后 进行测量，会影响规则脉冲信号的提取。 甲甲 （２）测量的环境为强光环境，当强光照射到红外传感 器接收探头上时，可使测量偏离正常范围，影响准确性。 （３）手指末梢血氧循环差时，如人处于休克状态、手指 温度过低等，都会造成被测部位动脉血流量减少，使测量 不准。 （４）人体出现侧卧姿态时有可能压迫手臂，影响血液 正常流动，从而出现测量不准确。 （５）指甲表层有污垢或受到涂抹时会影响光线的透过 率，导致测量不准。 ４软件设计与干扰处理方法 量 通过控制６６０ｎｍ、９０５ｎｍ（９４０ｎｍ）两类波长光周期性 发光，时间为１００ｕｓ、时间间隔为１０ｍｓ不断启动次红外传 感器的发光管发光，保证每秒分别采样红光和红外光和自 然光各１００次，测出两种波长光的透射光强对应的最大和 最小电压值，然后求出各自最大电压和最小电压差值与最 大电压值的比值ｋ 、ｋ ，然后再求出ｋ 与ｋ 之比值Ｒ，主 程序流程如图５所示，中断程序流程如图６所示。 ｌ 竺 ｌ Ｉ 竺 ｌ 图５主程序流程 图６中断服务程序流程 提高血氧测量仪测量精度的主要方法有：对于强光干 扰情况，可采取削弱背景光的处理方法，使红外传感器处 于相对密闭系统，保证红外传感器不透光，即密闭处理法。 对于电磁干扰和工频干扰，一般可以采用接地性和导电性 好、磁导率高、封闭性好的屏蔽材料对电路进行封装，形 成屏蔽体，屏蔽体可以对电磁波进行反射和吸收，并能屏 蔽干扰源所产生的电场和磁场 ］。 ５ 结语 红外传感器还可更精密设计，如选用波长单一性更好 的发光二极管作为发射光源；测量算法还有许多需要完善 的地方，比如利用数字滤波方法消除被测信号中的噪声和 干扰，用数字滤波来克服模拟滤波器的缺陷等等。 参考文献： Ｅｌｉ夏德民，李欣．指端脉搏波采集系统应用研究ＥＪ］．哈尔滨工程大学 学报，２００９（５）：２５—２８． Ｅ２］ 明光，张欣．传感器电路基本应用［Ｍ３．北京：电子工业出版社， ２００５：１２５－１２６． １－３］郭天祥．５１单片机ｃ语言教程Ｉ－Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００８： ２１０—３００． Ｅ４］程光，赵崇侃．指动脉搏波光电传感器的研制［Ｊ］．南京医学院学 报，２Ｏ１２（１）：１０２—１１ｏ． Ｅ５３ ＡＮＡＬＯＧ ＤＥＶＩＣＥ．ＡＤｕＣ８４１—２—３一ａ ｄａｔａ ｓｈｅｅｔ［Ｍ］．Ａｎａｌｏｇ Ｄｅ— ｖｉｃｅ，２０１１：５０—５１． Ｅ６］Ｒ Ｗ ＳＴＥＷＡＲＴ，Ｅ ＰＦＡＮＮ．Ｏｖｅｒｓａｍｐｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅＴ— ＭＳ３２０Ｃ２４ｘ ｆａｍｉｌｙ［Ｍ］．Ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ Ｎｕｍｂｅｒ：ＳＰＲＡ４６１ Ｔｅｘａｓ Ｉｎ— ｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｅｕｒｏｐｅ，Ｊｕｎｅ ２０１０：８０～９１． （责任编辑：杜能钢）
