MSP430单片机无创血氧饱和度测量系统原理

1、4岭輛疑制电埠1MSP430单片机和nRF905的无线血氧指夹系统无创血氧饱和度测量原理血氧饱和度(SpO2)是血液中被氧结合的氧合血红蛋白(HbO2)的容量占全部可结合的血红蛋白(Hb)容量的百分比，即血液中血氧的浓度，它是呼吸循环的重要生理参数。而功能性氧饱和度(SaO2)为HbO2浓度与HbO2+Hb浓度之比。因此，监护中常用SaO2来估计SpO2的水平。SaO2的理论计算公式如下：其测量方法一般以朗博一比尔定理为基础，利用血液中不同成分的吸光率的不同，采用红光和红外光分别照射组织，并通过测量透射光的强度来计算血氧饱和度的值。其公式如下：式中，ATmax为红外光的交流分量的最大值，Ima

2、x为红外光的直流分量的最大值，Almax为红光交流分量的最大值，Imax为红光直流分量的最大值。本系统采用的是660nm的红光和940nm的红外光。2MSP430单片机系统总体设计图1所示是本系统的总体结构框图。本无线血氧指夹以MSP430F149微控制器为主控芯片，用单片机的I/O接口来驱动发光二极管。系统采用迈瑞公司生产的手指端血氧指夹，指夹的输出量为电流信号，可用于反映透射光光强。该电流信号经过电流一电压转换、放大、滤波等信号调理后，可转换为脉搏波信号，最后由MSP430F149内置的12位ADC采样进入单片机进行处理，并通过计算得到血氧饱和度值，将该值打包后由单片机发送到nRF905模

3、块，然后通过天线发送出去。3无创血氧指夹的硬件电路31信号采集和调理电路本系统的信号米集使用迈瑞公司生产的ND78108494手指端血氧指夹，该指夹内部有红光和红外光发光二极管各一个，采用反向对接的方式进行连接；另外有光敏二极管一个，可用以将光强转化为电流强度。信号调理电路包括电流一电压转换电路、放大电路、滤波电路和电压范围调整电路共4部分，输出是较为光滑的脉搏波信号。其中电流一电压转换和放大电路如图2所示，图3所示是其滤波和电压调整电路。32射频电路nRF905射频芯片是Nordic公司采用VLSIShoctBurst技术开发的产品，能够提供高速的数据传输而不需要昂贵的高速MCU来进行数据处

4、理/时钟覆盖。通过将与RF协议有关的高速信号处理放到芯片内，nRF905可提供给微控制器一个SPI接口，其速率由微控制器自己设定的接口速度决定。通过SPI接口进行编程配置，可以实现很低的电流消耗。在发射功率为-10dBm时，发射电流为11mA,接收电流为12.5mA,且进入PowerDOWN模式后，还将更加节电。3.3MSP430单片机和nRF905的无线血氧指夹系统控制电路控制芯片选用Ti公司的超低功耗单片机MSP430系列中的MSP430F149，该型号的单片机具有功耗超低，可支持C语言开发等优点。同时具有非常强的处理能力，其速率最高可以达到2MIPS，且内部自带12位的ADC。是一款功能

5、丰富，运算能力强大的单片机。图4所示是由MSP430F149构成的射频控制电路。佬如K-SAS耐出TJ.XCNNiXJT-HlOrIACX.K：PlJTiWPl伽PlElPl43MrLKH_LncMXr5ll5XIXSts-離LEISFWD-V4F莖一亘Md舊迄dn?_-Kfcswin,mLDrmoaROSQai畐一.HlyrXJVQM匕CVMd-4疽一盲VYEgwrnovJJRr-lai】z|r4-7-1LL+fa-ii-|E.FPS.WCI-KJP5.Z-MIlP.MTBiF4Mfti1.Kpjatim心FBriTiwF42T1M已J2PihTDIMEWPl川哪Ip沁”亦IPl划皿加關MI

6、SO45-侧聽4cshdjTXHKHlTH-KCF彌m讪nCOXSt:JDif|住gglg4系统软件流程及测试结果图5给出了本系统的软件流程图。笔者用该方案的无线血氧指夹对成人进行了测试。受试者为一健康成年男性。实验从手指端采集脉搏波，事实上，经过信号调理电路处理后的脉搏波干扰较小，细节丢失较少，完全可以用于血氧饱和度的测量。将所采集的脉搏波经AD采样后送入单片机再通过一系列计算，最后系统返回的血氧饱和度的值为99%，该结果与采用迈瑞公司生产的PM8000便携式监护仪测量的结果完全一致，说明本系统基本达到了预期要求。5结束语本文给出了一种基于MSP430F149和nRF905的无线血氧指夹的硬件电路和设计方法。该指夹能够实现无线监护功