论文总字数：24276字

摘 要

想要不间断的、快捷有效而在最低损伤下对动脉血氧饱和度进行确认，脉搏血氧仪是一个很好的选择。一般的脉搏血氧仪的工作效果并不理想，主要体现在测量结果的准确性低、测量次数较少和工作运行较不平稳等问题上，原因是该血氧仪的内部运行机制并不完善，而且对于信号的解决方式也有待改观。ADA4505-2和ADR1581分别是运算放大器和基准电压源的两个型号，而本文论将其视作LED驱动电路的两大基础运行硬件，并把该运行原理实际运用到脉搏血氧仪的运行设计当中去，使其得到一种数字化的“升级版”内部运行机制。该运行程序可抬升运行的平稳度，增强运行的连贯性，实现这两点靠的是采用完全数字化的芯片。该运行程序通过对数字的滤波与解调得到光电脉搏波信号。该运行程序在信号的处理程序上配置最新的51单片机中心硬件，在加入的双波长频分离技术和过采样的配合下，不仅提高了精准度，而且降低了电路的复杂度，以此来对血氧饱和度进行运算。

关键词：脉搏血氧仪 运行程序 数字化 硬软件设计

Abstract

Pulse oximetry is a kind of instrument can be continuous, noninvasive, convenient detection of arterial oxygen saturation. Because of its defects in the design and signal processing method, it is necessary to discuss and improve the accuracy, repeatability and stability of the measurement..The principle of pulse oxygen measurement is present on the paper, and the set of digital pulse oxygen detection system is designed.Pure digital chip design is used in the system, and the stability and repeatability of the system is improved. The digital filter and digital demodulation method are used in the system to extract the photoelectric pulse wave signal from the software..And digital filter and digital demodulation method of data processing, complete dual signal separation. Oxygen saturation calculation is used in this paper.

Key Words: Oxygen saturation, pulse oximetry, digitization , software and hardware design

目录

Abstract II

第一章　引 言 1

1.1　设计简介 1

1.1.2 郎伯-比尔定律及其应用 2

1.2　设计内容 2

1.3　本论文的结构安排 3

第二章　方案论证 4

2.1　单片机的选择 4

2.2　红光和红外LED驱动模块的选择 5

2.3　显示电路的选择 7

第三章　硬件设计 9

3.1　总体电路框图设计 9

3.2　主要元器件介绍 9

3.2.1　主控芯片STC12LE5A60S2 9

3.2.2　脉搏检测部分的传感器选择问题： 12

3.2.3　液晶显示 13

3.3　模块电路设计 13

3.3.1　单片机最小系统 13

3.3.2 信号采集电路 15

3.3.3 信号放大电路 16

3.3.4 信号比较电路 16

3.3.5　信号两级放大调理电路 17

3.3.6 双波长频分测量法及信号的数字解调 18

第四章　软件设计 21

4.1　软件设计原理流程图 21

4.2　软件编程构成 23

第五章　系统调试 25

参考文献 29

附录1 30

附录2 41

致 谢 42

第一章　引 言

1.1　设计简介

该血氧仪作为当代医疗工具被用于医疗卫生领域，而脉搏血压被公认为是继心率、血压、温度与呼吸率四个检测项之后最为重要的一项。血细胞中的“主要成员”血红蛋白是人体分供氧气的“交通运输工具”。氧饱和度指的是在单个时间单位里血红蛋白所拥有的氧气数量。当血红蛋白中的氧气数量比上其斜氧承受力，该比即是其氧饱和度。血氧饱和度的正常与否对于判定人体的呼吸机能与其他组织机能是否正常至关重要。人体氧含量的过缺甚至会对生命造成威胁。在西方一些发展较快的国家里，由于人们对于身体血氧的关注，血氧仪得到了广泛的推广和使用。

在该血氧仪对饱和度进行运算的过程里对人体所造成的创伤几乎为零。对于测量者心率的运算，该血氧仪同样能够通过对脉搏的测量来实现。该血氧仪能够告知测量者其动脉血液里所含有的氧数量。

图1-1 指夹图示

1.1.1脉搏血氧仪的内部构造：

血氧饱和度是靠LED灯双向开启或者闭合的形式促使探测器对相异波长的血氧饱和度进行判别，该判别的两个组成即以下说明：其一为分光光度测定，以对波长660nm的红光和940nm的红外光相比得来，若氧合血红蛋白对其中一方的吸取量较少，则对量一方而言较多；血红蛋白却恰恰相反，利用该方法将两者的量相比所得，即是其氧合的度数。分别射出两种光线的两个发光管被安置于探头一边，光电检测器则被置于另一边，而两种光通过人的手指后就是由它收到并转变成信号的。人体组织对以上光线的吸取量是固定不变的，但动脉血除外，其中的Hb02和Hb浓度会发生一定规律的改变，由此在检测器上所显示的信号数据也会随之有规律的更改，对该信号整合后的结果，即为其血氧饱和度，同时也计算出脉率。其二测定方法为血液容积描记。当光线照射人体外周组织结构，其透过的光线的强弱变化和心动规律是紧密联系的。当心脏收紧，透过的光照变弱，也就说明此时的外周血容量变大，光所吸取的量同时变大；心脏舒张时恰好相反。光所吸取的量间接显示了同比的血容量。一个必要前提是血液必须是流动的，通过其流动的变化得到血容量的变化，进而得到光照强弱的变化。

氧饱和度表达式为：氧合血红蛋白／【血红蛋白(氧合 去氧血)】Xl00%=氧饱和度%。4个LED布于传感器的一边，660nm和940nm的红光和红外光分别由其中两对和另外两对射出；探测器是另一边唯一的存在，由此相对接收的量必不可少。考虑到外界光线对该过程的影响，则需要在得到的透射光中加以删除。当660nm、940nm的光透过生物组织后。在吸取光的方面Hb02和Hb的表现迥异，在光所到达的所有人体组织的函数即是各个波长的所得数据。所吸取量大抵可视为搏动与非搏动的相加量。AC与DC为交流的两个组成，前者由动脉血液的搏动产生，后者守恒，为其他非搏动人体受光部分产生。

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