基于智能手机的脉搏血氧仪研制

发布时间：2017-05-22 15:21

  本文关键词：基于智能手机的脉搏血氧仪研制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：血氧饱和度的监测能够预防心血管疾病等,是判断人的健康状况的标准之一。但典型的脉搏血氧仪不具备自动存储日常监测参数和移动医疗的功能,因此在实际应用中,存在一定的局限性。随着移动互联网的发展,智能手机的性能和数据处理能力越来越强大,用户也不断增多。将家庭医疗监护设备和智能手机结合起来,从而可实现移动医疗方式的家庭保健。因此,基于智能手机的脉搏血氧仪研制具有重要的意义。论文提出了一种基于智能手机的脉搏血氧仪系统设计方案,主要工作内容有:首先简要介绍了血氧饱和度测量原理,基于Texas Instruments(TI)AFE4400,并以TivaTM Cortex-M4(M4)为处理器,实现了基于AFE4400的血氧饱和度预处理模块电路,完成了硬件设计和制版,通过高效的嵌入式软件设计,完成了信号采集、数据传输以及大量数据的实时处理等软件模块,使得M4卓越的低功耗性能得到了很好的发挥。其次,血氧饱和度值可以通过对脉搏波波形的分析计算来获得,脉搏波信号含有大量的人体生理和病理信息。为了获取更加精确的脉搏信号,论文研究了小波变换、经验模态分解(EMD)、集合经验模态分解(EEMD)几种滤波算法。提出根据本征模态函数(IMF)的特征时间尺度参数实现一个带通滤波器的EMD和EEMD滤波算法,与小波变换相比,EMD和EEMD去噪效果更好,通过希尔伯特-黄频谱实验得出EEMD不仅能够避免模态混叠问题,更有利于脉搏波信号的分析。最后,通过TI的Bluetooth芯片,经滤波后的数据无线传输到手机,对血氧饱和度和心率的计算结果以及脉搏波波形的进行显示,同时可以实时保存参数信息,实现了血氧饱和度手机APP的设计。论文的创新点有:(1)血氧数据采集模块采用了TI血氧饱和度专用集成芯片AFE4400,它具有脉冲控制、光电检测、信号放大、信号滤波和采样等功能,简化了外围电路的设计。结合M4完成了预处理电路设计,不仅实现了血氧信号采集和预处理功能,也大大减小了整个检测电路的体积。并且具有功耗低、价格低、设备一致性高等特点,为产业化提供方便。(2)把Android作为开发平台,设计脉搏血氧仪手机APP,完成数据分析、计算、存储和传输,实时显示血氧饱和度、心率以及脉搏波波形。可实现远程医疗,提高医疗效率。
【关键词】：血氧饱和度 AFE4400 便携式 EMD EEMD Android
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH789
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-15
• 1 绪论15-23
• 1.1 研究背景及意义15-16
• 1.2 脉搏血氧仪的发展现状16-17
• 1.3 脉搏血氧仪的研究现状17-20
• 1.3.1 智能手机与远程医疗18-20
• 1.4 论文的研究工作20-21
• 1.5 论文架构21-22
• 1.6 本章小结22-23
• 2 脉搏血氧饱和度测量原理23-28
• 2.1 脉搏波23-24
• 2.2 脉搏波测量原理24-26
• 2.2.1 朗伯-比尔定律25-26
• 2.3 脉搏波的信号特点26
• 2.4 血氧饱和度测量过程中的噪声和干扰26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 3 基于智能手机的血氧测量方案设计28-37
• 3.1 系统硬件28-31
• 3.1.1 AFE400主要硬件概述和电路描述28-29
• 3.1.2 LED传输模块29-30
• 3.1.3 接收模块30
• 3.1.4 滤波和模数转换部分30-31
• 3.2 微处理器选型31
• 3.3 系统总体设计31-33
• 3.4 硬件电路33-36
• 3.4.1 血氧探头33-35
• 3.4.2 脉冲控制电路35
• 3.4.3 SPI通信电路35-36
• 3.4.4 时钟振荡电路36
• 3.5 本章小结36-37
• 4 模块通信与信号处理37-51
• 4.1 SPI通信时序控制37-38
• 4.2 信号处理与分析38-43
• 4.2.1 小波变换原理38-39
• 4.2.2 小波变换仿真实验39-43
• 4.3 脉搏信号的EMD和EEMD43-44
• 4.3.1 经验模态分解(EMD)43-44
• 4.3.2 集合经验模态分解(EEMD)44
• 4.4 EMD和EEMD仿真实验44-45
• 4.5 实验结果及分析45-47
• 4.6 希尔伯特-黄变换（HHT）47-49
• 4.7 本章小结49-51
• 5 手机APP设计51-65
• 5.1 Android智能手机51-52
• 5.2 蓝牙无线传输技术52-56
• 5.2.1 蓝牙开发基础53-54
• 5.2.2 主要代码分析54-56
• 5.3 Android手机端蓝牙模块的实现56-58
• 5.3.1 Android蓝牙基础知识56
• 5.3.2 Android蓝牙模块软件实现56-58
• 5.4 血氧仪手机APP设计58-64
• 5.4.1 软件框架设计58-59
• 5.4.2 设备初始化模块59
• 5.4.3 数据读取模块59-60
• 5.4.4 数据处理模块60-62
• 5.4.5 数据显示模块62-64
• 5.5 本章小结64-65
• 6 总结与展望65-68
• 6.1 总结65-66
• 6.2 展望66-68
• 参考文献68-72
• 作者简历72

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