基于msp430脉搏血氧仪设计-毕业设计论文模板

基于msp430脉搏血氧仪设计-毕业设计论文模板内容摘要：

参考电流独立的红外和红色发光二极管。 图 6 AFE 集成 LED 驱动电路和光电二极管信号 第 9 页 LED 脉冲的生成 图 7 LED 驱动电路 有两个 LED 灯，一个用于可见红光波长，另一个用于红外波长。 在 Nellcor 兼容探头中，这两个 LED 被背靠背连接。 为了点亮它们，一个 H 桥被安排使用。 图 2 对该电路进行了说明。 Port 和 Port 驱动这个互补电路。 一个 DAC0 控制通过 LED 的电流，从而控制它的光输出水平。 这整个电路是时分复用的。 在 MSP430FG437 中， 内部的 12 位 DAC0 通过 DAC 控制寄存器的软件控制可以被连接到 MCU 的引脚 5 或引脚 10。 当一个引脚没有被选择来输出 DAC0 信号，它被设置为 HiZ 或低电平。 每个晶体管的基极有一个下拉电阻来保证当该晶体管没被选择时它 处于关闭状态。 采样和调整 PIN 二极管信号 图 8 输入前端电路和 LED 控制 第 10 页 光二极管从接收到的光中产生电流。 电流信号通过一个跨阻放大器被放大。 OA0，三个内置运算放大器之一，被用来放大这个信号。 由于电流信号非常小，这个放大器拥有一个低的漂移电流就很重要。 从 OA0 输出的信号由一个大的直流部分（大约 1V）和一个小的 AC 部分（大约 10mV 峰峰值 ）。 大的直流部分是由身体组织轴承部件的缺氧和散光引起的。 这部分信号是 LED 发出光强度的一部分。 小的交流部分由氧轴承部件比 如动脉的光调制加上 50/60Hz 环境光噪声组成。 这部分信号需要被提取和放大。 LED 的电平控制使用图 2 的电路努力保持 OA0 的输出在预设范围内。 正常的红色 LED 和红外的红色 LED 被分别控制在这预设范围内。 两个 LED 的输出在一个小的宽限内有效地相互匹配。 OA0 输出的交流部分的提取和放大被第二级 OA1 执行。 直流跟踪滤波器提取信号的直流部分并把它用作 OA1 的偏移输入。 由于 OA1 只放大其识别的两个终端信号间的差，因而只有输入信号的交流部分被放大。 直流部分被有效滤除了。 OA1 的偏移也被放大并被加到了输出信号中。 这需要在稍后被滤除。 硬件的时分复用 图 9 硬件的时分复用 Timer A 被用来控制复用序列和自动开始 ADC 转换。 在 CCR0 中断中，一个新的 LED 序列被初始化并有如下操作： • DAC12_0 控制位 DAC12OPS 根据哪一个 LED被驱动来置位或清零。 端口 2被设置来点 第 11 页 亮相应的 LED。 • DAC12_0 的新值被设置为相应的光强水平 • DAC12_1 被设置为对某个特定 LED 的直流跟踪滤波器输出 注意 OA1 放大 OA0 OUT 和 DAC12_1 间的差值。 随着可见光 LED 的强度被调整， DAC12_1 信号会由于针对两个 LED 的 OA0 输出相等而变成一条直线。 ADC 转换被自动触发。 它采两个样，一个是针对直流跟踪的 OA0 输出，另一个是 OA1 输出，它们来计算心跳和氧气水平。 这两个样品使用内部采样计时器通过设置 ADC 控制寄存器中的 MSC 位来一个接着一个取样。 为了节省电力， 在 ADC转换完成时会产生一个中断， 通过把 DAC12_0清零来告诉 MCU关掉 LED。 交流部分的信号 调节 图 10 交流部分的信号调节 OA1 的输出被 ADC 以 1000 sps 采样， 在红外 红色 LED 和正常 红色 LED 间交替。 因此每个 LED 信号以 500 sps 速率被采样。 OA1 输出采样必须去掉直流分量。 一个高通数字滤波器在这里是不切实际的， 因为要求的截止频率非常低。 取而代之的是一个 IIR 滤波器被用来跟踪直流电平。 然后直流被从输入信号中减去来得到最终的交流数字信号。 采样的信号被数字滤波来去掉 50Hz 和以上的环境噪声。 一个转折频率为 6Hz 和在 50Hz 及 以上频率有 50dB 衰减的低通 FIR 滤波器被采用。 在这个阶段，信号类似于通过动脉的心跳脉冲。 直流跟踪滤波器 图 11 跟踪滤波器框图 这是一个 IIR 滤波器。 该滤波器的工作能被很好地直观理解。 这个滤波器会在上 第 12 页 次输出值的基础上加上输入值和上次输出值的差的一小部分来组成新的输出值。 如果输入有一个阶跃变化， 通过一段时间后输出将变为和输入相同。 变化率由系数 K 来控制。 K 通过实验得到。 因此如果输入包含交流部分和直流部分， 系数 K 会相当小来产生相对于交流部分频率的时间常数。 通过 一段时间后，交流部分会在累加过程中被取消，输出只会跟踪输入的直流部分。 为了保证有充足的动态范围，计算在双精度下完成， 32 位。 最终只有最有意义的 16 位被使用。 通信链接 微控制器是用于计算心脏速率，合并所述运动传感器的数据，并处理该 AFE 的信息。 微控制器应具有特定的功能，包括维护上下文在所有时间的能力。 它也应该有一个有限的功率预算，因为它会持续运行，没有人愿意耗尽电池。 运动传感器传感器是人机界面（ HMI）的基本组成部分。 他们帮助系统识别的背景和的环境条件。 运动传感器如加速计，陀螺仪，和磁力帮 助确定是否一人就座，散步，或跑步。 它们识别手臂，手腕或其他特定部分的取向键元件身体在那里活动监视器所在的。 它们还有助于以跟踪移动距离和增加的分辨率提供的系统的更准确的位置在 GPS 与航位推算算法。 通信链接 系统具有无线和有线通信链路。 所述无线通信链路是基于在 BLE和是基于 、一个 FCC 认证（美国联邦通信委员会）系统级的 PCB（印刷电路板）的模块可在网上，只需要很少的外部元件。 该模块可与基于 AT 的命令和易于使用，因为它包括用于处理所有的网络处理器通过蓝牙 协议栈所需的事务。 有线通信是基于。 微控制器的内置模块只需要很少的外部元件。 USB 也用于充电的锂聚合物电池。 电池充电器工作于任一 USB端口或 AC 适配器，并且支持充电电流高达 A 的输入电压范围输入过压保护支持非稳压适配器。 USB 输入电流限制精度和 启动序列使电池充电器以满足 USBIF 的浪涌电流规范。 此外，输入功率动态管理防止充电器崩溃错误地配置 USB来源。 电池电量计电路易于配置的微控制器外设提供系统端电量计量的单节锂离子电池。 该器件只需要极少的用户配置和系统微控制器固件发展。 在电池电量监测计采用阻抗跟踪算法的电量计量，并提供信息，如剩余电池容量（ mAh），状态充电（％）和电池电压（毫伏）。 在 脉搏血氧仪 应用 CPU的操作可大致分为两种模式。 红外（ IR） LED 操作和视觉红色（ VS）的 LED 操作。 CPU进入这些模式的顺序，每 2 毫秒。 在每个模式中，沿着与 相应的 LED 和各种外围设备的 CPU的是活性为 〜 毫秒，然后进入低功耗模式与两个发光二极管关断期间（ 〜 毫秒）的其余部分。 四晶体管 H 桥是一个可变增益电路，其接通和打开的发光二极管断开，这排列消耗由板所消耗的总电流的显著部分所消耗的电流，然而，取决于用于转 DAC0 输出开在 NPN 晶体管。 的 DAC0 输出控制 LED的光强度，使得它们很好预先确定的目标范围内。 光强度控制在软件中通过比较完成 LED 光强度与以前的高目标，低门槛采样 [FIRST_STAGE_TARGET_HIGH 和FIRST_STAGE_TARGET_LOW， 如果 LED 亮度超出目标范围，细或粗步数被用于将LED 亮度早在正确的方向。 该 DAC0_DAT 寄存器，然后装入相应的数据。 LED 灯强度应该是相当高的，因为弱信号给在后期效果差。 由于 DAC12_0DAT 寄存器的值发生 第 13 页 变化取决于以前的采样数据分， 脉搏血氧仪 板的电流消耗是不一样的 . 在所有时间。 为了易于消耗电流计算， 4晶体管 H 桥的操作可以被分成两种案例（案例 1 和案例 2）。 这些案例代表了两个极端的 H 桥电流消耗场景： 案例 1 指的情况 是 DAC12_0DAT = 0x047E，这意味着， VThof NPN 晶体 管 = 伏（ VREF = ）和最小电流流经 H 桥电路的 ON路径。 案例 2 所指的情况 是 DAC12_0DAT = 0x0FFF 和最大电流流过接通路的 H 桥电路 案例 1 和第 2 种情况是极端的电流消耗的情况下的 H 桥电路，电流会消费将永远是看到在两种情况下的电流数字之间。 红外灯操作 如图所示，红外灯操作包括所述 AM1_IR（定时器 A0 ISR）中， AM2_IR 的（ ADC12 ISR）和所述 LPM0 模式，以相同的顺序。 在红外灯的操作：（ 1）红外灯开启 ON（在定时器 A0 ISR），以样品中的模拟链所需的信号，然 后调整 OFF（ ADC12 中 ISR）前将低功耗模式（ 2）以前在 VS 的采样数据的 LED 操作（ AM1_VS）从 ADC12MEMx 寄存器读取，处 理和累计计算％血氧饱和度。 在红外灯操作， CPU进入定时器 A0 ISR 被称为主动模式 1 IRLED 运行（在当前轮廓表示为 AM1_IR），并执行以下步骤： 该 DAC12_0 输出控制位 DAC12OPS 设置和 被拉低，使的路径上 H 桥，其包括晶体管 Q1 和 T2。 此配置轮番红外灯开启并允许有足够的时间进行取样前的模拟信号链变得稳定。 从先前的 VS 的 LED 操作获得的采样和转换后 的数据被从读 ADC12MEMx 注册。 对 VS 的转换数据被进一步处理以（ 1）中提取的信号的唯一的交流分量为 ％血氧饱和度的计算 跟踪与所述信号相关联的 DC 分量，并更新 DAC12_1DAT 注册并在匝电压OA1 的偏移量 .确保 LED 亮度是内目标范围，以便它可以正确地在下一序列来处理。 该 CPU处于 AM1_IR 模式 〜 毫秒，在此期间，定时器 A1 触发 ADC12 采样。 ADC12 被配置成采样两个通道（ A1 OA0 输出和 A3 OA1 输出）在一个单个序列模式。 该 ADC12 需要大约 32μ s 来完成转换的顺序和与 ADC12IFG 标志设置，它等待 CPU 退出定时器 A0 ISR。 退出定时器 A0 ISR（ AM1_IR）后， CPU进入 ISR ADC12 被称为了红外主动模式 2 LED 运行（在当前配置文件表示 AM2_IR）。 该 CPU处于 AM2_IR 模式 〜 6 微秒，在此期间执行下列步骤： 该 DAC12_0DAT 寄存器清零和 端口引脚设置为强制逻辑高电平输出。 此断开晶体管 Q1 和 T2 和在转动的 IR LED。 该 DAC12_1DAT 寄存器清零。 用红外灯切换到 OFF 时， CPU进入低功耗模式 0（在表示为 LPM0_IR 当前配置文件），并等待在 那里 〜 614 微秒，直到计时器 A0 中断 CPU启动 VS LED 操作。 第 14 页 4 血氧模块软件设计 初始化程序 定时器设置 利用 MSP430F247 的定时器 A 可在 口产生一个频率为 5000Hz 的 PWM 波信号用以驱动蜂鸣器。 定时器 A的位数可编程。 包含计数，比较。