CN105726041A - 基于cc2430的无线血氧饱和度检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明针对传统的血氧饱和度检测采用有线方式传输测量数据，不仅限制了病人的行动自由，也给医院带来了繁琐的布线和维护工作这一问题，提供一种无线血氧饱和度检测系统。本发明的检测系统是以IEEE 802.15.4的CC2430芯片作为MCU。系统主要由光源驱动电路、光电接收电路、滤波及放大电路、CC2430收发模块、上位机模块来组成。通过相反的工频驱动信号，将采集到的红光和红外光信号传到上位机。采用低功耗CC2430模块来实现10位ADC转换，通过ZigBee无线射频收发模块进行无线传输，通过LabVIEW进行信号标识识别，从而分离信号，应用巴特沃兹滤波消除背景噪声；用线性拟合法去除基线漂移；最后通过微分阈值法进行特征识别，计算出血氧饱和度的值。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种信号检测技术，特别涉及一种基于无线网络的检测系统。
背景技术
在在很多领域，监控血氧饱和度信号有着重大的意义。在手术台上，有数据表明，有很高比例的麻醉失误，而麻醉导致脉搏停止和心脏停跳可以通过对人体血氧含量的实时监控来反馈给医生，经过临床经验表明，对手术病人进行血氧饱和度的实时监控可以减少40%以上的麻醉失误；在孕妇生产的时候，需要对胎儿和孕妇进行血氧饱和度监控，即时反馈孕妇和胎儿的情况，可以有效的避免意外情况；对新生胎儿进行血氧饱和度的检查可以的到胎儿的呼吸功能的情况，为处置胎儿的呼吸障碍措施提供实时的依据和建议；对运动员进行血氧饱和度的检测则可以对运动员在运动中的呼吸效率、肺活量进行评估。
生命体无时不刻在进行的新陈代谢活动是一个化学氧化的过程，其中氧元素作为氧化剂的重要角色参加化学反应。氧是经由呼吸系统进入体内，在肺里与毛细血管里面的还原血红蛋白结合，以红细胞为载体通过血液被运往身体的各个组织和器官。血氧饱和度的实质就是在所有血液中的氧合血红蛋白占整体血红蛋白的百分比。
目前，大多数的医疗监控系统采用传统的配线模式。因为配线的模式存在限制，它在实际使用中有许多不便。现有的监控系统存在一些问题。人体在自然的情况下产生的生理信号才能反映客观具代表性的生理状况，采用传统配线模式的监控系统往往连线多，让被检测者的心理感到紧张、不能放松。检测的环境也固定在检测地点。所以导致检测的数据不准确、不具代表性。并且现在的检测系统大多结构复杂，体积较大不便携带，在外出抢救，战场救护的时候使用不方便。医疗监护技术的快速发展和全方位，高品质的通信信息社会的要求，使医疗监测和通信之间的联系变得越来越紧密。因此，他们完善了医疗监控功能，并提高了其实用性。因此具有无线功能以及体积优势的监护产品在未来的家用、临床医疗监护以及军事信息化监测上将会有很大的发展。
发明内容
本发明的目的是针对传统的血氧饱和度检测采用有线方式传输测量数据，不仅限制了病人的行动自由，也给医院带来了繁琐的布线和维护工作这一问题，提供一种无线血氧饱和度检测系统。
本发明的目的是这样实现的：
基于ZigBee无线技术的血氧饱和度检测系统是以IEEE802.15.4的CC2430芯片作为MCU。系统主要由光源驱动电路、光电接收电路、滤波及放大电路、CC2430收发模块、上位机模块来组成。通过相反的工频驱动信号，将采集到的红光和红外光信号传到上位机。采用低功耗CC2430模块来实现10位ADC转换，通过符合IEEE802.15.4标准的ZigBee无线射频收发模块进行可靠的无线传输，通过功能强大图形化编程的虚拟仪器软件LabVIEW进行信号标识识别，从而分离信号；应用巴特沃兹滤波消除背景噪声；用线性拟合法去除基线漂移；最后通过微分阈值法进行特征识别，计算出血氧饱和度的值。
本发明采用两路发光管交替发光来采集两路脉搏波信号。将手指指尖用血氧饱和度探头指甲夹住，在实际的系统调试中，发现电源信号，环境光对探头的检测有较大的影响。因此，本发明利用MSP430产生两路相反的PWM波驱动两路光源交替发光来采集血氧信号，用一个光敏二极管来同时接收两路透射光，这是因为接下来的预处理电路处理单个信号的设计简单，系统产生的噪声影响小。通过单片机定时器模块Timer_A来产生频率为50Hz、占空比为50%的光源驱动信号。脉冲的频率选为工频(50Hz)的整数倍以减少工频干扰，减小噪声信号的影响。进行血氧饱和度检测的过程：手指指尖放入血氧饱和度探头指夹，指尖要放在发光二极管和光敏二极管中间，两路相反的光源驱动信号驱动发光二极管交替发出红光和红外光，指尖里的氧和血红蛋白随着动脉脉搏而改变含量，从而使透射光强改变，这种带有血氧含量信息的透射光强信号被光敏二极管接收转化为电流信号，两路信号被同时接收。
为了进一步减少信号的误差，进一步降低系统的复杂程度。由于本次设计采用两路光信号的采集来进行血氧饱和度的运算，我们在硬件部分环节不分离信号，因为那样的硬件结构会给系统带来复杂的噪声。我们采取在信号串口发送的时候分别为两路信号加上标识，由上位机来进行信号识别、信号分离和信号提取。这样的信号处理的设计可以大大简化系统的复杂度，减少噪声的干扰，还提高了信号传输的速度。
本发明的优点是：本发明采用无线网络进行血氧饱和度检测，决绝了以往有线设备限制了病人的行动自由，也给医院带来了繁琐的布线和维护工作的问题。LabVIEW的应用简化了系统的结构降低了成本，并且减小了信噪比，提高了系统的检测精度。整个检测系统使用起来更加方便灵活，更加适应未来医疗监护信息化的趋势。
附图说明
图1为本发明的系统原理结构图；
图2为本发明无线数据收发流程图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1，图1是本发明的系统原理结构图。基于ZigBee无线技术的血氧饱和度检测系统是以IEEE802.15.4的CC2430芯片作为MCU。系统主要由光源驱动电路、光电接收电路、滤波及放大电路、CC2430收发模块、上位机模块来组成。通过相反的工频驱动信号，将采集到的红光和红外光信号传到上位机。采用低功耗CC2430模块来实现10位ADC转换，通过符合IEEE802.15.4标准的ZigBee无线射频收发模块进行可靠的无线传输，通过功能强大图形化编程的虚拟仪器软件LabVIEW进行信号标识识别，从而分离信号；应用巴特沃兹滤波消除背景噪声；用线性拟合法去除基线漂移；最后通过微分阈值法进行特征识别，计算出血氧饱和度的值。
结合图2，图2为本发明无线数据收发流程图。程序的主要步骤是这样的：
1、初始化
初始化的工作在这个实验步骤中占有一定的工作量，因为涉及到的设备或者说装置会比较多，在过程中的初始化我们会遇到通信设备，基本参数等的初始化。还有一些其余要了解的在其他章节有所体现。
（1）设备通信状态初始化
数据的发送和空闲时可能的两种状态，在这个测试中。在正式运作之前，空闲的情形当然是第一个会遇到的。
（2）基本通信参数初始化
在实际的通讯中，基本参数的设置时相当重要的，它直接影响的是整体过程的稳定程度。
（3）射频电路初始化
在一个系统中，随机或者自动模式的选择、默认或者特殊配置选项对系统的影响都是很大，所以这部分的初始化也占有重要地位。
2、选择信道
信道选择的完成是通过一个特殊的函数以及一个特殊的变量来完成的，具体的过程也是可以简单了解的，不再这里详细展开。
3、选择通信模式
这一具体的步骤是依旧是依赖于上述的那个特殊的函数，只不过变量成了局部变量，通过局部变量得到赋值而实现的。
4、发送模式
数据包和配置的相互协调在其中显现出来，紧接着上面的那个步骤，这个步骤继续进行发送功率等工作。
（1）选择输出功率
根据上面的叙述，很显然选择输出功率是首要任务，在用RfsetTXpower进行各种寄存器的配对之前，首先用到了SelectOutputPower。
（2）包数目发送
（3）进程开始。
Claims (3)
1.基于CC2430的无线血氧饱和度检测系统，其特征是基于ZigBee无线技术的血氧饱和度检测系统是以IEEE802.15.4的CC2430芯片作为MCU；系统主要由光源驱动电路、光电接收电路、滤波及放大电路、CC2430收发模块、上位机模块来组成；通过相反的工频驱动信号，将采集到的红光和红外光信号传到上位机；采用低功耗CC2430模块来实现10位ADC转换，通过符合IEEE802.15.4标准的ZigBee无线射频收发模块进行可靠的无线传输，通过功能强大图形化编程的虚拟仪器软件LabVIEW进行信号标识识别，从而分离信号；应用巴特沃兹滤波消除背景噪声；用线性拟合法去除基线漂移；最后通过微分阈值法进行特征识别，计算出血氧饱和度的值。
2.根据权利要求1所述的基于CC2430的无线血氧饱和度检测系统，其特征是本发明采用两路发光管交替发光来采集两路脉搏波信号；将手指指尖用血氧饱和度探头指甲夹住，在实际的系统调试中，发现电源信号，环境光对探头的检测有较大的影响；因此，本发明利用MSP430产生两路相反的PWM波驱动两路光源交替发光来采集血氧信号，用一个光敏二极管来同时接收两路透射光，这是因为接下来的预处理电路处理单个信号的设计简单，系统产生的噪声影响小；通过单片机定时器模块Timer_A来产生频率为50Hz、占空比为50%的光源驱动信号；脉冲的频率选为工频(50Hz)的整数倍以减少工频干扰，减小噪声信号的影响；进行血氧饱和度检测的过程：手指指尖放入血氧饱和度探头指夹，指尖要放在发光二极管和光敏二极管中间，两路相反的光源驱动信号驱动发光二极管交替发出红光和红外光，指尖里的氧和血红蛋白随着动脉脉搏而改变含量，从而使透射光强改变，这种带有血氧含量信息的透射光强信号被光敏二极管接收转化为电流信号，两路信号被同时接收。
3.根据权利要求2所述的基于CC2430的无线血氧饱和度检测系统，其特征是为了进一步减少信号的误差，进一步降低系统的复杂程度；由于本次设计采用两路光信号的采集来进行血氧饱和度的运算，我们在硬件部分环节不分离信号，因为那样的硬件结构会给系统带来复杂的噪声；我们采取在信号串口发送的时候分别为两路信号加上标识，由上位机来进行信号识别、信号分离和信号提取；这样的信号处理的设计可以大大简化系统的复杂度，减少噪声的干扰，还提高了信号传输的速度。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108324258A (zh) * | 2018-02-07 | 2018-07-27 | 沈磊 | 可穿戴式医用生命体征监测终端、检测探头及分析方法 |
| CN111035397A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-21 | 合肥赛为智能有限公司 | 一种基于ZigBee技术的指夹式血氧饱和度测量装置与方法 |
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2014
- 2014-12-12 CN CN201410763460.XA patent/CN105726041A/zh active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160706 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |