脉搏血氧饱和度Word文档下载推荐.docx
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以红外光这一路为例:
每次开启红外光LED,根据OA0输出改变LED的幅度ir_LED_level(Q3的基极),根据OA1输出改变去直流电路的直流参考电压ir_dc_offset(OA1的正向输入端),得到的OA1的输出作为计算电路的输入,关灯,原始信号去工频处理后得到ir_heart_signal,数字去直流后得到ir_heart_signal_ac,该信号进入脉搏波周期判断的队列group_caculate[64],同时计算ir_heart_signal_ac信号的平方和,并且采样计数,同时进行脉搏周期的判断。
数字信号直流跟随可表达为:
跟随系数×
(输入信号-直流分量)+直流分量=更新的直流分量。
脉搏周期的判断过程:
队列相当于在脉搏波信号上一个滑动的窗口,窗口应有一定宽度,大于噪声时间,但需小于脉搏周期。
判断过程如下:
当最小值位置处于窗口中部位置时则判定为一个波谷,检测到波谷以后窗口继续滑过10个采样点,但不再检查最小值,确保上一个波谷已经离开窗口中心,然后继续检查最小值位置确定下一个波谷。
可以分为三种状态分别称之为确定波谷、离开波谷、寻找波谷。
如下图。
利用局部特征实时判断脉搏周期的三个阶段:
1)确定波谷,确定周期,计算血氧饱和度和脉率,清空计数;
2)离开波谷,开始计数,计算信号平方和;
3)寻找波谷,保持计数,计算平方和,确定窗口中最小值位置
五、测量程序实现(可参考pulsoximeter.c文件)
1、变量设置
1)全局参量根据运放一的输出经AD转化后判断LED是否过亮过暗,2500到3000之间为合适亮度,否则进行调节,快速调节步长为2,细调步长为1,可根据实际电路修改。
//反馈控制LED驱动幅度时的上下界和调节步长
#defineFIRST_STAGE_TARGET_HIGH3000
#defineFIRST_STAGE_TARGET_LOW2500
#defineFIRST_STAGE_TARGET_HIGH_FINE3500
#defineFIRST_STAGE_TARGET_LOW_FINE2000
#defineFIRST_STAGE_STEP2
#defineFIRST_STAGE_FINE_STEP1
2)全局变量
//脉搏血氧信号,存储脉搏血氧几个处理方法后的值
int32_tir_heart_signal;
//红外光,OA1输出经过平均滤波后,等待数字去直流
int32_tvs_heart_signal;
//红光,OA1输出经过平均滤波后,等待数字去直流
int32_tir_heart_signal_ac;
//红外光,经过数字去直流,进入计算窗口,参加平方和的累加
int32_tvs_heart_signal_ac;
//红光,经过数字去直流,进入计算窗口,参加平方和的累加
int32_tsum_ir_heart_signal_ac=0;
//红外光,信号平方和累加值,一个周期计算平均功率
int32_tsum_vs_heart_signal_ac=0;
//红光,信号平方和累加值,一个周期计算平均功率
//计算过程信号
intgroup_wave[512];
//用于显示,循环队列,存储几个周期内的ir_heart_signal_ac信号
intoffset_wave=0;
//循环队列队列头
intflag_initial=1;
//初始化标志位
intsample_count=0;
//采样计数,每个周期清空,重新计数
intnum_beat=0;
//初始值为1,下一个脉搏后为2,计算平均功率和血氧饱和度,重新置1
intflag_jump=0;
//脉搏波周期判断,是否处于离开波谷的状态
intsample_jump=0;
//离开波谷时的采样计数,到20则已离开波谷,置0,flag_jump置1
//循环队列,以滑动窗口的形式判断当前是否为脉搏波波谷
intgroup_caculate[64];
//用于脉搏周期判断的循环队列,存储64个ir_heart_signal_ac信号
intoffset_caculate=0;
//队列头位置
intmin;
//队列中最小值
intlocation_min;
//最小值位置
intlocation_min_adjust;
//最小值相对与队列头的位置,如果是32则确认一个波谷
//最终结果
//脉率
unsignedintheart_rate=6000;
//脉率最终测量结果,初始值为60.00
unsignedintgroup_heart_rate[8];
//最近8秒内的脉率,循环队列,初始化为6000
intoffset_heart_rate=0;
//队列头
unsignedintsample_heart_rate;
//脉率当前原始结果,经过一定调整后进入group_heart_rate[8]
int32_tsum_heart_rate;
//最近8秒的脉率累加值,除以8得到新的heart_rate
//脉搏血氧饱和度
unsignedintSpO2=9500;
//血氧饱和度最终测量结果,初始值为95.00
unsignedintgroup_SpO2[8];
//最近8秒内的血氧饱和度,循环队列,初始化为9500
intoffset_SpO2=0;
int32_tsum_SpO2;
//最近8秒的血氧饱和度累加值,除以8得到新的heart_rate
//控制参数
intfresh=0;
//调试使用,无意义
//反馈控幅和OA1参考电压的参数
intled_tab=0;
//控制开启红光还是红外光,每次中断切换状态
intir_LED_level;
//ir驱动幅度,控制Q3基极,范围1到2500,数字越大,亮度越弱
intvs_LED_level;
//vs驱动幅度,控制Q4基极,范围1到4095,数字越大,亮度越弱
intir_dc_offset=4095;
//ir灯直流参考电压,开启红外LED时,控制OA1正向输入端
intvs_dc_offset=4095;
///vs灯直流参考电压,开启红光LED时,控制OA1正向输入端
intir_dc_offset_second=0;
//数字去直流时的直流跟随量
intvs_dc_offset_second=0;
//数字去直流时的直流跟随量
//运放输出的输出
intir_sample;
//ir灯,OA0的输出,根据该输出改变ir_LED_level
intvs_sample;
//vs灯,OA0的输出,根据该输出改变vs_LED_level
3)子函数
unsignedlongisqrt32(registerunsignedlongh);
//开方运算
int16_tir_filter_test(int16_tsample);
//平均滤波器_红外
int16_tvs_filter_test(int16_tsample);
//平均滤波器_红光
2、程序主体(请参照pulsoximeter.c文件)
1)晶振、电源设置
2)初始化操作:
group_heart_rate[8]初始化为6000,sum_heart_rate初始化为48000,group_SpO2[8]初始化为9500,sum_SpO2初始化为76000。
3)DAC设置,ir_LED_level初始化为2500,vs_LED_level初始化为900。
ADC设置。
定时器设置,200Hz采样中断,1600Hz用于PWM输出。
4)设置完,进入低功耗模式
5)中断处理程序,200Hz中断,中断进入后或者进入红光LED流程,或者进入红外LED流程,都要根据输入调整相应参数,进行平均滤波,去直流处理。
两种流程其他计算上有所不同:
在红光流程中主要进行两路信号平方和累加、采样计数、脉搏血氧饱和度和脉率的计算;
红外流程里主要进行的是脉搏周期的判断。
两个流程的具体操作如下。
红光流程:
关闭两路灯,设置参数,开启红光LED,读取输入,关闭红光LED,根据输入调整参数,平均滤波,去直流,循环队列更新,是否处于找到波谷的状态(num_beat由1变为2,找到,否则未找到),未找到则计算两路平方和,采样计数累加,找到则计算脉搏血氧饱和度和脉率,平方和、采样计数置0。
红外流程:
关闭两路灯,设置参数,开启红光LED,读取输入,关闭红光LED,根据输入调整参数,平均滤波,去直流,循环队列更新,是否处于离开波谷的状态(flag_jump==0时为寻找状态,flag_jump==0时为离开状态),寻找状态找到循环队列中最小值及位置,判断是否波谷,不是波谷继续寻找,是波谷则进入离开状态,离开状态仅计数,计数满20次进入寻找状态。
中断程序代码如下所示:
//红光流程
if(led_tab==0)//led_tab==0,打开红光LED
{
led_tab=1;
//切换led_tab,下一次进入红外流程
P2OUT|=BIT2;
//关灯
P2OUT|=BIT3;
DAC12_0CTL&
=~DAC12ENC;
//开启DAC,根据vs_LED_level给出幅度
=~DAC12OPS;
DAC12_0CTL|=DAC12ENC;
DAC12_0DAT=vs_LED_level;
//红光LED驱动幅度
DAC12_1DAT=vs_dc_offset;
//红光去直流电路的参考电压,OA1正向输入
P2OUT&
=~BIT3;
//开灯,红光LED
ADC12CTL0&
=~ENC;
//开启DAC,读取OA0、OA1输出
ADC12CTL0|=ENC;
for(m=1;
m<
=1500;
m++)//伪循环提供DAC转换时间,红光LED保持开
}
vs_sample=ADC12MEM0;
//OA0输出结果
i=ADC12MEM1;
//OA1输出结果
//OA0输出,根据全局参量控制LED的驱动幅度
if(vs_sample>
=FIRST_STAGE_TARGET_HIGH||vs_sample<
=FIRST_STAGE_TARG