论文总字数：20242字

摘 要

随着现代科技的迅速发展和全民医疗意识的增强，人们对心率、血氧饱和度等健康指标的测量也更加关注，对测量仪器的便携化和准确度也有了更高的要求。

本文详细介绍了无创式脉搏血氧仪的测量原理和系统组成，包括光信号的获取、脉搏信号的采集、光电转换、数据处理和显示系统等的设计。通过ADA4505-2、ADR1581和ADG1636构成的驱动电路获得一定频率的红光和红外光信号，然后将红光和红外光透过手指，获得脉搏的光信号，光信号经过光敏器件器转化为电信号，然后经过双运算放大器LM358进行滤波放大处理，最后送到单片机进行A/D转换处理，以及脉搏值和血氧饱和度的计算，通过OLED显示计算结果，从而实现对血氧饱和度和脉搏的检测。

关键词：脉搏血氧仪 光电转换 ADA4505-2 ADG1636

The design of Pulse Oximeter based on microcontroller

Abstract

With the rapid development of modern science and technology and universal health awareness, people pay more attention to heart rates, blood oxygen saturation, and some health indicators, for portability and accuracy of measuring instruments also have higher requirements.

A non-invasive pulse and oxygen saturation measurement principle and system components are described in the paper, including the acquisition, pulse signal acquisition optical signals, optical frequency conversion, design data processing and display systems. To obtain a red and infrared light signals , the ADA4505-2, ADR1581, and ADG1636 are comprised to the driving circuit ,and the red ray and the infrared ray penetrate your fingers to get the pulse of the optical signal. Catch the optical signal and convert to an electrical signal through photoelectric conversion, and then through the enlargement process LM358 amplifier , the filter and the A / D converter to get the signals that microcontroller could accept. According to the accepted signals, microcontroller can calculate pulse and oxygen saturation values ,and display the data and the pulse wave by OLED screen .Using the system could measure the oxygen saturation and pulse rate successfully.

Key Words： Pulse Oximeter; Photoelectric Conversion; ADA4505-2; ADG1636

目 录

摘 要

ABSTRACT

目 录

第一章 绪 论

1.1 课题背景

1.1.1血氧饱和度定义及其生理意义

1.1.2 脉搏血氧仪的发展历程

1.1.3 血氧饱和度检测的基本原理

1.2 脉搏血氧仪的研究现状

1.3 设计所做工作

第二章 系统总体设计

2.1系统总体方案设计

2.2硬件系统设计

2.2.1 光源的选择

2.2.2 驱动电路

2.2.3 信号采集处理电路

2.2.4显示电路

2.3软件系统方案设计

第三章 系统硬件设计

3.1 单片机电路

3.1.1单片机介绍

3.1.2设计中用到的引脚介绍

3.1.3单片机外围电路

3.2 驱动电路模块

3.3光-电转换放大电路

3.3.1前置放大电路

3.3.2主放大电路

3.4显示电路

第四章 系统软件设计

4.1系统流程图

4.2血氧饱和度和脉搏值的计算

4.2.1血氧饱和度计算

4.2.2脉搏的测量

4.2.3采集通道控制

第五章 系统调试与分析

5.1硬件测试

5.2 软件调试

5.3故障调试以及原因

5.4 实物图以及测试效果

第六章 结 论

6.1总结

6.2 误差影响

参考文献

致 谢

附 录

1. 部分原理图

2. 部分核心算法程序

第一章 绪 论

1.1 课题背景

1.1.1血氧饱和度定义及其生理意义

人体的新陈代谢过程是一个生物氧化的过程，因此，其中必然有氧气参与反应。人体通过呼吸系统将外界的氧气呼入然后送到血液中，然后氧气结合血液中的血红蛋白，再通过血液的流动将血红蛋白输送到人体的各个组织的细胞中去。血液中存在着氧合血红蛋白（HbO2），还原血红蛋白（Hb），碳氧血红蛋白（CoHb）和高铁血红蛋白（MetHb）等这四种血红蛋白。其中能与氧气发生反应的是还原血红蛋白（Hb），而且这种反应是一种互逆性的反应，反应后还原血红蛋白转变为氧合血红蛋白。

血液中HbO2的量与所有血红蛋白的量的比值称之为血氧饱和度（SaO2），如式（1）所示，SaO2是表征人体呼吸系统重要的生理指数。通常使用功能性氧饱和度来代替血氧饱和度，它是用氧合血红蛋白浓度占血红蛋白与氧合血红蛋白之和的比值来表示的，这个比值可以通过测量SpO2来得到。除了一些疾病或者长期吸烟会引起人体内碳氧血红蛋白（CoHb）的量异常之外，人体内所含的碳氧血红蛋白（CoHb）和高铁血红蛋白（MetHb）的量其实是很微量的，所以在一般使用功能性氧饱和度(SpO2)的变化来反映在人体血液中的氧气含量。临床上认为SpO2正常值应该高于94%，低于94%可看作是身体内缺氧。两种氧饱和度可以定义为：

氧饱和度（fractional saturation）

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