基于MSP430的便攜式運動量及生理參數監測儀設計
數據存儲單元用于存儲系統內的運動數據、血氧飽和度及心電信號等數據,需要根據存儲容量、功耗、接口形式、存取速度、體積等要求選擇合適的數據存儲芯片。
本文引用地址:http://www.j9360.com/article/101037.htm顯示與鍵盤接口單元提供了設置和操作本監測儀的鍵盤接口,并通過圖形點陣液晶實現漢字功能菜單顯示、生理參數的數值顯示和波形回放等功能,為系統提供友好和智能化的人機交互界面。
時鐘單元為系統提供實時的時間坐標,進而能為數據的存儲提供可參照的起始和結束時間點。
數據通信單元提供本監測儀與PC機之間的數據交換手段,既可以是串行、USB、TCP/IP網絡通信等有線接口方式;又可以通過無線收發芯片組建一個固定頻點下(如433MHz)的無線通信網絡,或者是基于GPRS的遠程無線傳輸網絡。
電源單元為監測儀內的模擬和數字電路部分分別供電,提供不同的工作電壓和一定的電源分區管理功能,其輸出質量直接關系到系統的精度和可靠性。
運動監測模塊
運動監測模塊完成人體運動信號的輸入、放大和濾波,主要包括運動傳感器和信號調理單元。
運動傳感器一般可以有兩種形式:單維的振動傳感器和三維的運動傳感器。前者如微振動傳感器,是一種有源的微功耗振動檢測器件,一般以正弦波形式輸出,可將其轉換成脈沖波形后輸入微控制器。微控制器通過檢測高電平來實時記錄跑步者的步數,并以此計算運動者的體能損耗。
更精確的人體運動信號可以通過三維加速度傳感器獲得。加速度傳感器作為近十幾年才發展、成熟起來的運動傳感器,其不僅能夠通過測量運動能耗來評估運動量,還能通過測量加速度來反映人體運動的強度和頻率,能夠把人體的各種運動狀態轉換為不同幅度的電壓信號。其安裝簡便,體積小,測量簡單。三維加速度傳感器是本監測儀前向通道中的理想運動傳感器元件。
如圖1所示,信號調理單元的作用是將傳感器輸出的微弱電信號(通常為電壓信號)不失真地放大或調整到能夠直接由A/D轉換模塊采樣的幅度足夠的電壓信號,且信號調理單元對其前級的傳感器和后級的A/D轉換模塊的影響要盡可能的小。
信號調理單元具體包括信號放大電路、濾波電路及精密電壓基準電路等,主要實現信號的放大、整形及濾波等功能。信號調理單元中的信號放大電路應具有較強的共模抑制和差動放大能力,實際共模抑制比較高,輸入阻抗較大,失調和溫漂較小,這些都能有效減小信號放大電路對傳感器輸入信號的影響,減少溫度誤差。同時信號調理單元中的濾波器應采用同相結構的精密運放和RC網絡組成高階有源濾波器,這樣既能提供一定的增益和緩沖作用,又可以減小對后級尤其是A/D轉換的影響。
信號調理單元是本監測儀中模擬電路的主要部分,其調整后信號的精度直接決定著系統內可采集到的人體運動信號的精度,其電路結構和復雜程度也直接關系到系統的整體功耗和體積。因此信號調理單元的設計更要符合微功耗和微型化設計要求,能夠在單電源下工作,其信號放大范圍要與A/D轉換所需的信號幅度一致,在電路結構上應力求簡單,集成度要高,不宜采用分離元件太多的設計方案。
生理參數監測模塊
從系統整體設計和降低設計難度的角度,血氧飽和度、心電信號、心率、體溫等人體重要的生理參數可以通過市面上已有的一些功能模塊直接獲得而不必自行設計。如目前市面上已有供二次開發使用的監測血氧飽和度、心率等的集成功能模塊(簡稱為數字式血氧模塊),其內往往已集成了信號處理內核(如Dolphin公司OEM-701模塊),這種數字式血氧模塊能夠通過探頭直接檢測人體的血氧飽和度、心率、體溫等數據,支持串行接口的輸出方式。
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