脉搏监测系统设计方案Word文档格式.docx

1、介绍了主要的芯片的原理和他们的使用方法；阐述了硬件设计与软件设计方案；说明了相应软件的流程和方法，并解说了相应硬件与软件的调试。最后对所做的工作进行了分析和总结，指出了系统涵待改进和提高的地方，展望了系统今后的发展方向。 关键词 : 嵌入式系统;无线收发模块;串口;传感器 引 言 当今在医学领域中，生物医学参数的测试研究是医学界和工程技术界都很关心的新兴学科。运用近代传感器测试技术来解决临床诊断及实验室研究多种参数的计量检测，无论对于临床诊断与监护还是对于医学基础研究，都具有极其重要的价值和意义。用传感器测试技术来对脉搏信息进行定量分析，是目前国内外医学专家普遍关注的课题之一。人体脉搏系统是心

2、血管系统的重要组成部分，它是人体输送养料、传递能量和传播各种生理病理信息的重要途径，脉搏包含有丰富的人体健康状况信息。研究脉搏信息无论是在中医还是西医中都具有重要的临床诊断价值和实用意义。 计算机是现代先进的高速运算和控制工具，因此计算机技术在脉搏研究方面有着其内在的必然性。利用计算机灵敏的反映、快速的计算、数据存储能力、以及高分辨率的显示设备等功能和优势，使得对脉搏的处理更加准确和有效。因为脉搏检测是带有我国中医特色和独有的生物信号检测技术，因此开发研制这样的监测仪器，可以同时满足医、患两方面的需求。根据对它的特点的分析，预计它的用途将是非常广泛的，特别是如果加有其他的措施之后，如加上自我分

3、析能力部分，它就有着非常明显的社会效益与经济效益，主要体现在以下几个方面:临床诊断、早期诊断、同步监测、指导用药、中医脉象原理的研究。本课题结合理论研究和具体实践的基础上，对于嵌入式脉搏检测系统的硬、软件和算法作了一些有意义的研究和探讨，提出了一种新的脉搏检测和分析的系统方案。即采用前端嵌入式+后端系统的结构，前端嵌入式系统负责脉搏信号的采集与初步处理，后端系统进行显示。前端和后端系统通过无线收发模块CC1100进行通讯。整个监控系统采用无线收发模块与最小系统，这样传递速度快，系统结构也简单。被监控点实时采集的数据通过无线网络通信及时地传输给上位机的PC机，实时动态地反映被监测点的情况。不要删

4、除行尾的分节符，此行不会被打印1 课题现状及研究意义1.1 课题现状现代社会，人们生活水平不断提高，生活方式、饮食结构不断改变，习惯的变化和高节奏的生活导致了高血压、冠心病等心血管疾病成为常见病与多发病。据统计，目前我国城市人口中每5个成年人中就有1个不同程度的患有心血管方面的疾病。源于心脏与循环系统的不健康而导致的心肌梗塞、脑卒中、碎死等恶性后果时有发生，而且发病率逐年提高，发病年龄也呈下降趋势。中国每年有100万人死于脑卒中，并且有更多的人致残。特别是在最近，中国、日本和新西兰研究人员发现高血压是东方人脑卒中的主要原因。要避免和减少高血压、冠心病这类心血管疾病给人类健康带来的严重危害，有效

5、的旱期诊断治疗方法和设备，快速的发病后的救治手段都是非常重要的，这些也正是当前广大医学界专家正在共同努力研究的重点。医学领域中，生物医学参数的测试研究是医学界和工程技术界都很关心的新兴学科。近年来日本、美国等国家的医生、学者在医学研究、针灸研究中设计了一些脉象客观描记仪器或装置，例。这些仪器的主要功能是描记脉象波形，是用作临床观察脉象变化的工具。但是这些仪器装置大多数没有形成产品，也没有见到广泛临床应用的报道。其中比较有代表性的仪器有美国医学博士John.H.研制的一种针灸临床用的新型无创脉波记录仪，日本的田口贤辉发明的一种 “压力、脉搏测定装置”、日本的代田文彦设计了一种“局部加压型可偿还脉

6、装置”、日本Colin公司研制的一种CBM一3000/2000型挠动脉脉波检测仪以及日本Sony公司曾经推出的一种利用三个驻体微音器作为脉波传感元件的脉波检测仪等等。 而虽然目前己有的心血管诊疗仪器设备多种多样，例如:比较成熟的技术有心电图检测.x光透视、CT扫描检查、核磁共振、静脉数字减影造影等，还有目前临床应用较多的:超声心动图、放射性核素心血管造影 （核素显像）、心电机械图、阻抗心动图和阻抗微分波图等，但这些手段要么操作复杂、费用昂贵，不容易反复进行检查，要么获得的诊断指标过少，对确诊疾病作用有限，特别是当要全面了解对病人诊断治疗非常重要的心脏血流动力学情况时，大部分体外检测仪器都无能为

7、力了，目前临床只能采取体内插入式导管的检测方法，但这种方法对病人是有着非常大的创伤和风险的，而且要求实施的意愿有相当高的技术与设备条件等等问题。1.2 研究意义 脉搏是常见的生理现象，是心脏和血管状态等重要生理信息的外在反映;因此，脉搏检测不仅为血压测量、血流测量及其他生理检测提供了生理参考信息，而且脉搏波本身也能给出许多有诊断价值的信息。中医脉象诊断技术就是脉搏测量技术在中医诊断上的卓有成效的应用。采用传感器检测脉搏，可较客观地得到尽可能多的信息，更因为此法对人体无创伤，且使用方便，易于被人们接受。此外，近百年来，现代医学科学充分利用基础学科及有关技术的进步而发展迅速，形成了现代科学的一部分

8、。而祖国医学由于历史的和社会的诸多原因，没有充分利用现代科学的种种条件，尽管有合理的内涵和丰富的经验却一直停留在古代的形势和方法上。整个祖国医学如此，脉学当然亦不例外，所以，利用现代最新科学手段进行有关现代化的脉诊研究探索是一项必须的工作。而脉诊的前提是能有效提出脉搏信号的情况下。所以对脉搏的提取医疗工作的前提。本课题采用光电传感器提取脉搏信号，用嵌入式处理脉搏信号，通过无线收发模块（CC1100）远距离传送,并在PC机上显示.这样就既能减少对人体的创伤的同时，也能远距离并可以在PC机上监视，形成能远程监测人体脉搏的系统，为医生的研究提供一个有效的数据基础。2 方案论证2.1方案选择要选择合理

9、的方案，之前就应该知道要测量这个物体的特点，这样才能有准确的处理方案。因此在选择方案之前就先来了解一下脉搏信号的特点。脉搏信号具有如下具体特点:信号弱、干扰强由于脉搏信号属于主动信号，其信号源不可触及，一般来说，信号幅度很小，大约是微伏到毫伏的数量级范围。因此，极容易引入干扰，这些干扰有来自50Hz的工频干扰，有来自肌体动作、精神紧张带来的假象信号等。因为生物体的各部分是不可分割、相互影响的，因此，研究一个系统时，来自另一个系统的信号有可能成为噪声，而且这种噪声有时可能比所需的信号强得多。频率低人体脉搏信号频率较低，属次声波，其频谱主要分布在0-4Hz之间。变异性脉搏信号的变异性来自脉搏系统的

10、变异性，这是由于人体生命过程具有一种借助自身内在的调节机制以适应环境变化的能力，因此，表现在不同的疾病会具有不同的脉搏信号（即脉象），相同的疾病在不同人身上也会表现出不同的脉象，同一个人的同一疾病在不同时期也会出现不同的脉象，同类脉象在不同病症之间也略有差异。对于脉搏信号的特点，可以知道，选择测量传感器对脉搏信号的提取最为关键，以下是几种可测量脉搏信号的传感器： 1、压力传感器：用压力传感器采集脉搏信号，原理是将脉搏跳动产生的力通过传感器转化为电信号。他的特点是跳动的脉搏信号要强，如果跳动信号弱，那么传感器可能不能有效的反映出脉搏信号。要么就提高传感器的精度，大家都知道提高一个器件的精度的代价

11、是什么样，而且使用时要用东西把他固定住，这也使得使用起来比较麻烦。 2、光电传感器：用光电传感器采集脉搏信号，原理是吸收红外线穿透血管时血液浓度的改变而导致红外线强度的改变使红外线吸收传感器产生电信号的变化来反映脉搏的变化。无论要测量的部位是否有强度的脉搏信号的跳动，他基本都没受到干扰，只要有血液浓度的变化就能导致电信号的改变。在体育方面测量，用的脉搏测量大致有指脉和耳脉二种方式。这二种测量方式各有优缺点，指脉测量比较方便、简单，但因为手指上的汗腺较多，指夹常年使用，污染可能会使测量灵敏度下降；耳脉测量比较干净，传感器使用环境污染少，容易维护。但因耳脉较弱，尤其是当季节变化时，所测信号受环境温

12、度影响明显，造成测量结果不准确。对一般测量，本课题采用指脉的测量方式，第一，可以简便快速的测量；第二，考虑到性价比。 对指脉的测量有两种方法;光电容积法和阻抗容积法。这两种方法都是采用光电传感器从人体指尖上获取脉搏波。光电传感器有两种类型，即透射型和反射型。 透射型是指光源和光电接收器分别位于被测手指的上下两侧，它是利用肌肉比较容易透射光线，而血液对光线有选择吸收作用的原理制成。光源用红色发光二极管置于指尖上方，光电接收器用光敏三极管或者光敏二极管置于指尖下方。发光二极管发出的光线透过指尖被光敏只极管接收，手指指尖血管血液容积在血液循环过程中呈现博动性变化，于是光敏三极管或者光敏二极管获得的信

13、号便反映了手指动脉血液容积搏动变化的情况，光敏三极管的输出信号呈现周期性变化，经放大后即得到周期性变化的指尖脉搏波信号。如图2.1.1所示。 反射型是指光源和光电接收器同置于被测指尖的下方，并靠在一起，发光二极管发出光纤，光敏三极管对血压变化所引起的光线发射率变化做出响应，经过相似的处理后也可以得到周期性变化的指尖脉搏波信号。如图2.1.2所示。 本课题采用透射式探头。2.2系统框图系统框图如下图2.2.1所示3 主要芯片介绍3.1 光电传感器BPW83型红外接收二极管和IR333型红外发射二极管工作波长都是940 nm，在指夹中，红外接收二极管和红外发射二极管相对摆放以获得最佳的指向特性。红

14、外发射二极管中的电流越大，发射角度越小，产生的发射强度就越大。3.2 Atmega8515 ATmega8515是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega8515 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。ATmega8515 有如下特点 8K 字节的系统内可编程 Flash（ 具有同时读写的能力，即RWW），512字节EEPROM，512字节SRAM，一个外部存储器接口，35个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，两个具有比较模式的灵活的定时器计数器 （T/C）片内外中断，可编程串行 USART，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个 SPI 串行端口，以及三个可以通过软件进行选择的省电模式。工作于 CPU 停止工作，而 SRAM、T/C、SPI