高精度便携式哮喘监测仪模拟前端的研究与设计

发布时间：2020-03-26 19:39

【摘要】：近年来,随着日趋加重的环境问题,哮喘病的发病率逐年递增。由于哮喘病人的肺功能参数在哮喘症状被察觉几个小时前甚至几天前即已出现,所以如果可以使用哮喘病监测系统作为一个早期预警系统,哮喘病患者就可以充分了解自身病情,在哮喘发作之前发现病情并及时采取措施,避免哮喘突然发作引起不可预知的后果。应用于哮喘病监测系统的压力传感器,在前端数据采集的过程中存在低气压范围内分辨率低的问题,实测压力传感器发现当呼气流量从10LPM变化至30LPM时,输出电压只变化了3mv左右,如此小的电压分辨率不利于后续ADC的采集以及MCU的处理。本文针对压力传感器在信号采集过程中存在的低气压范围内分辨率低问题,采用分段程控的方法,提高了哮喘病监测系统在低气流范围内的分辨率。设计了一个在低气流范围内高分辨率的前端数据采集调理电路,并对程控前后(调理前后)的实验数据进行分析,实验结果显示:在未呼气的情况下(呼气流量值为0LPM),程控后的曲线流量值更接近于实际值0LPM,程控后的流量监测值误差比程控前最高提高了2.35 LPM,最低提高了0.14 LPM。程控后的流量监测值比程控前更精准,该方法对于呼气流量精度的实时监测有了进一步提升,程控后比程控前的流量值分辨率更高。针对本系统,本文还设计了一款专门应用于此系统的Programmable Gain Amplifier(PGA,可编程程控放大器)芯片,其中包括24dB两级运算放大器、6dB衰减器、串并转换接口以及通道选择器的设计。本文采用0.18μm标准CMOS工艺实现了PGA的原理图设计,芯片采用5V电压供电,仿真结果显示:PGA的输出摆幅为4.63V,程控增益倍数分别为24.07dB、12.03dB、6.011dB、8.617mdB,增益误差最大值为0.14%,最小值为0.1%。PGA的输出摆幅、程控增益倍数及增益误差满足了哮喘监测系统的参数需求,可运用于哮喘病监测系统。
【图文】：

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图 1-1 哮喘长期自我管理循环模型移动互联网的发展与普及，移动医疗监护系统逐渐着移动医疗设备的发展，，为便携式哮喘监测仪的研测仪由压力传感器、有源低频二阶滤波器、ADC 示电路组成，系统框图如图 1-2 所示。但应用于的过程中存在低气压范围内分辨率低的问题，即在电压较小。图 1-2 便携式高精度哮喘病监测系统原理框图传感器在信号采集过程中存在的低气压范围内分辨高了哮喘病监测系统在低气流范围内的分辨率，设

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为了进一步提升便携式有高精度生理指标监测的便携式学 Mauel R.Cabrera、Joseph Fi理系统，该系统的运行框图如图VC(Forced Vital Capacity)生理指统，远程医生可以通过网页实时验证了方案可实行性，为哮喘病
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH776

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