便携式多生理参数监护系统的软件设计-计算机网络技术毕业设计

便携式多生理参数监护系统的软件设计-计算机网络技术毕业设计内容摘要：

问题颇多，呼吸监护同样面临这样的困难。 它已经不仅仅局限于对呼吸频率、呼吸节律、动脉血气以及普通胸片等常规项目的检查， 能确切反映患者通气 /氧合状况并能指导机械通气治疗参数调节和临 床用药的指标更加受到重视。 但在现有的技术条件下，要实现用便携式呼吸监护设备实时动态连续监护这一系列的生理参数， 是非常困难的。 呼吸频率是呼吸行为一项重要的参数，通过对呼吸率的研究分析，可以获得许多隐藏在其背后的内在的生理信息，并且对它的检测也较易实现，所以现有的呼吸监护设备主要监测的就是呼吸频率。 呼吸测量原理 呼吸系统功能的监测是临床监护的一个重要方面。 要进行全面的呼吸功能监测，需要肺活量计、气道压力表、气体质谱仪及血气分析仪等仪器监测肺活量、潮气量、气道阻力、血氧及二氧化碳。 呼吸频率是 监测呼吸系统功能的一个基本指标。 呼吸频率的检测技术手段很多，有热敏元件检测法，阻抗技术检测法、呼吸流速仪法、监测由呼吸运动引起的胸部物理变形的方法等。 本文主要讨论利用热敏法原理监测呼吸频率。 热敏电阻的主要特点是：①灵敏度高，其电阻温度系数要比金属大 10～ 100倍以上，能检测出 6℃ 内的温度变化 [10]；②工作温度范围宽，常温期间使用于一55～ 315℃ ，高温期间适用温度高于 315℃ (目前最高可以达到 2020℃ )，低温器件适用于 一 273～ 55℃ ；③体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温 度；④使用方便，电阻值可在 0． 1～ 100KQ 间任意选择；⑤易加工成复杂的形状，可大批量生产；⑥稳定性好、过滤能力强。 由温度传感器、直流电桥电路、放大电路等组成桥式电路通过热敏电阻感知呼吸气体的温度与环境温度是否相同来提供输出的微弱的模拟信号 (电压 )。 经运算放大电路放大，再送入模数转换器。 热敏法原理：热敏元件监测法监测呼吸频率的原理是人体呼吸时呼吸气流温度发生变化，热敏元件将温度变化转为电信号，从而获得呼吸气流温度变化信号，通过对气流温度信号变化的识别，识别出呼吸状态的改变，进一步得到单位时间内呼吸次数，即 呼吸频率。 该方法的优点是，测试简单易行，便于重复使用，而且不受病人身体运动产生干扰的影响，特别适用于监测处于转移和运输途中的病员的呼吸频率。 心率测量模块心率 便携式多生理参数监护系统的软件设计 10 人体心率 心率 (Heart Rate)：用来描述心动周期的专业术语，是指心脏每分钟跳动的次数，以第一声音为准。 正常成年人安静时的心率有显著的个体差异，平均在 75 次/分左右 (60— 100 次 /分之间 )。 心率可因年龄、性别及其它生理情况而不同。 初生儿的心率很快，可达 130 次 /分以上。 在成年人中，女性的心率一般比男性稍快。 同一个人 ，在安静或睡眠时心率减慢，运动时或情绪激动时心率加快，在某些药物或神经体液因素的影响下，会使心率发生加快或减慢。 经常进行体力劳动和体育锻炼的人，平时心率较慢。 近年，国内大样本健康人群调查发现：国人男性心率的正常范围为 50— 95 次 /分，女性为 55— 95 次 /分。 所以，心率随年龄，性别和健康状况变化而变化。 心脏是人体的重要器官，是血液循环的动力装置，每时每刻按着一定的速率和节律跳动，它的状况好坏直接关系着人们的身体健康。 心脏每次跳动之前，首先产生电激动，电激动始于窦房结，并沿心脏的特殊传导系统下传，先后兴奋心房 和心室，使心脏收缩执行泵血功能。 这种先后有序的电兴奋的传播，可经人体组织传到体表，产生一系列的电位改变，并被记录下来用于反应心脏活动，这就是心电图。 图 典型的心电信号图 随着心脏的搏动，心电图上出现一组特征性的波形 (P， QRS， T 及 U 波 )， 这些波形对应着心脏的基本电活动。 图 所示是一个正常状况下的典型的完整心电波形。 心电图的各个波、段和间期都有其特殊的生理意义，可作为临床分析心脏便携式多生理参数监护系统的软件设计 11 疾病的重要参考资料： P 波，最早出现，幅度最小，是代表心房肌去极化过程的电位变化。 其起点表示窦房结的激动已到达心房，使心房开始去极化；其重点表示两心房全部去极化完毕。 因窦房结的激动先传导到右心房，后传导到左心房，故 P 波的前半部代表右心房的激动，后半部代表左心房的激动。 PR 间期，是从 P 波起点到 QRS 波群起点的时间间隔，反映心房去极化开始到 心室去极化开始的间隔时间，正常为 ～ 秒，若 PR 间期延长，则表示房室传导受阻。 QRS综合波，是心电图中幅度最大的波群，反映心室去极化的全过程， QRS综合波形状以及激动在心室内传播的途径与束支的分布有关。 由于心室各部的肌肉厚度不一，故 QRS综合波反映的是几个去极化过程所产生的电位变化的综合情况，因此称为 QRS综合波。 其持续时间的正常值约为 ～。 ST段指 QRS综合波终点到 T波起点的一段，表示心室去极化结束至复极化开始的一段时间。 正常人 ST段光滑，凹面 向上，在心率缓慢时， ST段呈水平直线，但大多数情况 ST段与 T波相连不易分开。 T波， QRS综合波后向上或向下的一个圆钝波，代表心室肌复极化时的电位变化。 复极化的电位一般比去极化电位低，因此复极化过程慢，所占时间也比较长。 QT间期， QRS综合波起点到 T波终点，是心室开始去极化到复极全部完成所需的时间，正常值为 ～。 U波，在 T波之后约 ～ ，一般较宽而低。 危、急重病人 ECG监测，是对心脏节律监测最有效的手段。 通过监测，可发现心脏节律异常，各种心律紊乱，如房 性、室性旱搏，心肌供血情况、电解质紊乱等。 心率测量原理 目前脉搏波检测系统有以下几种检测方法：光电容积脉搏波法、液体耦合腔脉搏传感器、压阻式脉搏传感器以及应变式脉搏传感器。 近年来光电检测技术在临床医学应用中发展很快，这主要是由于光能避开强烈的电磁干扰，具有很高的绝缘性，且可非侵入地检测病人各种症状信息。 本系统设计了指套式的透射型光电传感器，实现了光电隔离，减少了对后级模拟电路的干扰。 传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。 所用光电式传感 器由发光二级管和光敏二极管组成，其工作原理是：发光二极管发出的光透射过手指，经过手指组织的血液吸收和衰减，由光敏二极管接收。 由于手指动脉血在血液循环过程中呈周期性的脉动变化，所以它对光的吸便携式多生理参数监护系统的软件设计 12 收和衰减也是周期性脉动的，于是光敏二极管输出信号的变化也就反映了动脉血的脉动变化。 本章小结 本章主要讲述了四个生理参数的基本知识及测量器件的选择和测量原理，为下面的软件流程图的设计坐下铺垫。 只有对每个模块的参数认识到位和测量器件选择准确才能准确设计出系统流程图，才能完成软件的编程。 便携式多生理参数监护系统的软件设计 13 3 多生理参数监护系统的软件设计 单片机简介 AT89C51 单片机介绍 AT89C51 是一种带 4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。 AT89C2051 是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。 单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。 该器件采用 ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业 标准的 MCS51 指令集和输出管脚相兼容。 由于将多功能 8位 CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中 ATMEL的 AT89C51是一种高效微控制器， AT89C2051 是它的一种精简版本 [11]。 AT89C 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 图 单片机 89C51 结构框图 CPU 串行通讯口 RAM 输入输出接口 计数器 定时器 时钟 FLASH 便携式多生理参数监护系统的软件设计 14 图 单片机 89C51 引脚图 1． 主要特性 ： （ 1） 与 MCS51 兼容 （ 2） 4K 字节可编程闪烁存储器 （ 3）寿命： 1000 写 /擦循环 （ 4） 数据保留时间： 10 年 （ 5）全静态工作： 0Hz24Hz （ 6）三级程序存储器锁定 （ 7） 128*8 位内部 RAM （ 8） 32 可编程 I/O 线 （ 9）两个 16 位定时器 /计数器 （ 10） 5 个中断源 （ 11）可编程串行通道 （ 13）低功耗的闲置和掉电模式 （ 14）片内振荡器和时钟电路 单片机 C 语言简介 用于单片机软件编程 [12]的语言有面向单片机的 C语言和汇编语言。 C是一种源于编写 uNIx操作系统的语言，它是一种结构化语言．可产生紧凑代码，可以进行许多机器级函数控制。 汇编语言是用操作内容的英文词的缩写 符号代替二进制编码，用符号代替地址或操作的数据。 与汇编相比 ， C语言有如下特点： 便携式多生理参数监护系统的软件设计 15 1. 对单片机的指令系统不要求了解，仅要求对控制器的存储器有初步了解； 2．寄存器分配，不同存储器的数据类型等细节可由编译器管理； 3．程序有规范的结构，可分为不同的函数，这种方式可使程序结构化； 4．具有将可变的选择与特殊操作结合在一起的能力，改善了程序的可读性； 5．关键字与运算函数可用近似人的思维过程方式使用； 6．编程与程序调试时间显著缩短，从而提高效率； 7．提供的库包含许多标准子程序，具有较强的数据处理能 力； 8．已编好程序可容易的植入新程序，因为它具有方便的模块化编程技术。 因此，用 C语言进行 MSP430程序设计是单片机开发与应用的必然趋势。 单片机教学中的程序设计也应该以 C语言为主，汇编语言为辅 [13]。 对汇编语言掌握到只要可以读懂程序，在时间要求比较严格的模块中进行程序的优化即可。 采用 C语言也不必对单片机和硬件接口的结构有很深入的了解，编译器可以自动完成变量的存贮单元的分配，编译者就可以专注于应用软件部分的设计，大大加快了软件的开发速度。 Keil C51 开发环境简介 Keil C51 是 美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C语言软件开发系统 ]，与汇编相比， C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。 Keil 提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（ uVision）将这些部分组合在一起。 运行 Keil 软件需要 WIN9 NT、 WIN20 WINXP 等操作系统。 如果你使用 C 语言编程，那么 Keil 几乎就是你的不二之选，即使不使用 C 语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强 大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。 Keil使用中几个重要步骤： 其一：输入源程序。 在新的文本编辑窗中输入源程序，可以输入 C语言程序，也可以输入汇编语言程序。 在文本编辑窗中输入源程序并保存，文本保存的名称为。 便携式多生理参数监护系统的软件设计 16 图 输入源程序 其二： 新建立 Keil 工程。 点击 工程 → 新建工程 命令，将出现保存对话框。 图 新建工程 其三： 加入源程序到工程中。 图 添加文件到工程命令 便携式多生理参数监护系统的软件设计 17 其四： 工程目标属性设置。 图 进入工程目标属性设置 其五： 源程序的编译与目标文件的获得。 图 编译源程序 系统软件总体设计 系统的整个程序上基本上采用 C51编程，系统软件所实现的功能主要是系统功能的实现及数据的处理和应用 [14]。 根据前面几个章节所述内容，系统软件需要实现以下功能： 便携式多生理参数监护系统的软件设计 18 1．温度信号的采集处理 通过温度传感器 DS18B20进行温度的采集并通过单片机进行处理，存储和显示。 2．血压信号的采集处理 通过 1620型血压计压力传感器对血压信号的采集并通过单片机进行处理。 3．呼吸信 号采集 用热敏电阻法对呼吸信号的采集处理 4．心率信号的采集 利用 光电式传感器采集心率信号通过单片机进行处理。 设计方。