畢業(yè)論文--睡眠呼吸暫停監(jiān)測儀的設(shè)計

1、<p>　　睡眠呼吸暫停監(jiān)測儀的設(shè)計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　介紹了睡眠呼吸暫停監(jiān)測的基本原理和重要意義，研究了成本低、體積小、耗電少、使用方便的睡眠呼吸暫停監(jiān)測儀。該系統(tǒng)由呼吸信號提取電路，濾波放大電路，峰值檢測電路, lcd顯示器與單片機接口電路，日歷芯片與單片機接口電路組成。該設(shè)計誤報率有效降低，并使可靠性

2、大為增強，在測試是否患呼吸暫停癥中有比較高的準(zhǔn)確性。文章分析了睡眠呼吸暫停監(jiān)測儀的硬件組成，闡述了</p><p>　　系統(tǒng)工作原理，介紹了軟件設(shè)計思想，并給出了主程序的流程圖。</p><p>　　關(guān)鍵詞 睡眠呼吸暫停監(jiān)測儀;呼吸暫停監(jiān)測方法　</p><p>　　DESIGN OF sleep apnea Monitor</p><p&g

3、t;<b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　It introduce the basic principles and important significance of the sleep apnea montior.It research one sleep apnea montior which is small and light,at a low cost, lo

4、w energy consumption ,and easy to use. The system consists of respiratory signal extraction circuit, filter amplifier circuit, Peak detection circuit，lcd display interface circuit, the calendar chip interface circuit. T

5、he design reduce the error,tone up the dependability, and greatly increased the reliability of the system.This pap</p><p>　　KEY WORDS sleep apnea monitor;method of apnea monitor </p><p><b&g

6、t;　　目 錄</b></p><p><b>　　中文摘要I</b></p><p><b>　　英文摘要II</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p><b>　　1系統(tǒng)概述2</b></p>

7、<p>　　1.1 睡眠呼吸暫停監(jiān)測儀的基本原理2</p><p>　　1.2 本論文的內(nèi)容和安排2</p><p>　　2 系統(tǒng)芯片選用3</p><p>　　2.1 AT89C52單片機的選用3</p><p>　　2.2 LCD1602的選用4</p><p>　　2.3 日歷時鐘接口芯片

8、的選用6</p><p><b>　　3系統(tǒng)設(shè)計7</b></p><p>　　3.1呼吸暫停測試儀的總體設(shè)計7</p><p>　　3.2呼吸暫停測試儀的程序設(shè)計流程9</p><p>　　4 功能電路設(shè)計10</p><p>　　4.1呼吸信號提取電路10</p>&

9、lt;p>　　4.2濾波放大電路10</p><p>　　4.3平均值提取電路11</p><p>　　4.3.1　峰值檢測電路11</p><p>　　4.3.2谷值檢測電路12</p><p>　　4.3.3平均值提取電路12</p><p>　　4.4比較放大電路13</p>

10、<p>　　4.5時鐘電路13</p><p>　　4.6日歷芯片接口電路14</p><p>　　4.7 LCD顯示接口電路15</p><p>　　4.8總設(shè)計電路17</p><p><b>　　5 結(jié)論18</b></p><p><b>　　參考文獻19&

11、lt;/b></p><p><b>　　附錄20</b></p><p><b>　　致謝26</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　隨著科技的發(fā)展，人們對睡眠生理 、病理的了解日益增多，一門新興邊緣學(xué)科一睡眠醫(yī)學(xué)作為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的一個重

12、要組成部分正在建立和發(fā)展起來，并廣泛的受到重視 在美國有數(shù)百家大型研究機構(gòu)正在從事睡眠呼吸方面的研究，他們在睡眠疾病，尤其是上呼吸道阻塞引起的 “阻塞性睡眠呼吸暫停綜合癥”的可能病因、危害、診斷及治療方法等方面進行了大量的研究工作。 研究發(fā)現(xiàn)：“打鼾”這種現(xiàn)象很有可能潛伏著睡眠呼吸暫停綜合癥 正常人有輕度鼾聲不屬呼吸暫停，呼吸暫停的定義是指呼吸道停止氣流達 1O秒以上。如果每夜暫停次數(shù)在 30次以 上，每次暫停時間在 10秒以上 ，即可

13、被診斷為“呼吸暫停綜合癥” 這是一種潛在的致死性疾病[12]。其特點是睡眠時上呼吸道阻塞導(dǎo)致進行性缺氧．酸中毒，呼吸困難。造成白天嗜睡、頭暈、頭痛、記憶力減退、乏力、反應(yīng)遲緩 、睡眠行為異常等癥狀。長期有睡眠暫停的患者可引起高血壓、心率失常及猝死。</p><p>　　睡眠呼吸暫停低通氣綜合征是指睡眠時上氣道塌陷阻塞引起的呼吸暫停和通氣不足、伴有打鼾、睡眠結(jié)構(gòu)紊亂，頻繁發(fā)生血氧飽和度下降、白天嗜睡等病征。國外早在

14、20世紀(jì)60年代就有了外科手術(shù)治療OSAHS的報道。1964年Kashina設(shè)計懸雍垂腭咽成形術(shù)治療單純打鼾。隨后又相繼出現(xiàn)以下報道：1965年Gastaut等發(fā)現(xiàn)呼吸暫停及低通氣的存在；1978年Guilleminault等提出了OSAHS的概念；1981年Fujita等用UPPP治療OSAHS；1981年Sullivan用CPAP治療OSAHS。我國最早對OSAHS的報道出現(xiàn)在1983年，近10年來對此病的認識和治療取得了長足發(fā)展，

15、已成為耳鼻咽喉科最為引人注目的研究領(lǐng)域之一[13]。</p><p>　　國外醫(yī)學(xué)界對此類疾病的研究十分重視，且已取得重大成果。目前國內(nèi)對此類患者的診斷檢查主要有 ：(1)鼻 喉?？茩z查 (鼻及 咽)；(2)纖 維 喉鏡 檢查 (清醒 狀態(tài)；睡眠狀態(tài))；(3)影像學(xué)檢查 (頭測量法、CT)；(4)多導(dǎo)睡眠儀檢查(PSG)等 。不過，目前國內(nèi)對此類患者的診斷大多采用多導(dǎo)儀或者其他呼吸診斷儀器。而此類儀器價格昂貴且基

16、本需從國外進口，不便在國內(nèi)醫(yī)院和患者中推廣使用。因此我們必須研制一種價格更加便宜，使用更加方便，性能更加優(yōu)良的“呼吸暫停監(jiān)測儀”以滿足各級醫(yī)院和患者的需求[14]。</p><p><b>　　1.系統(tǒng)概述</b></p><p>　　1.1 睡眠呼吸暫停監(jiān)測儀的基本原理</p><p>　　人的呼吸途徑有兩個，一個是鼻腔，另一個是口腔。在呼吸

17、時，口、鼻腔處由于氣流流過而使壓力和溫度發(fā)生變化。因此，人體的呼吸狀態(tài)可以從檢測壓力和溫度變化得知。如采用壓力法，由于口、鼻腔處的壓力變化很微弱，而弱壓傳感器的靈敏度很高，容易受各種因素的影響，造成誤動作，故壓力法不宜采用。溫度檢測的方法，既用熱敏電阻作傳感器，將熱敏傳感器用膠帶粘在鼻腔或口腔下方。此類儀器簡單易用，被檢測者沒有不舒服的感覺，不影響正常的睡眠[2]。</p><p>　　通過熱敏傳感器作為重點部件

18、的呼吸信號提取電路，可以得到較為準(zhǔn)確的呼吸模擬信號[6]。但提取的呼吸模擬信號較弱，極易受環(huán)境溫度及其他干擾的影響，因此必須對其濾波放大，以隔除直流成分，消除環(huán)境溫度和其他各種干擾的影響而對有用的信號進行放大便于利用。為了監(jiān)測呼與吸，必須用呼吸模擬信號與它的平均值進行比較得到[5]。平均值提取是通過峰谷值檢測，然后用兩個嚴(yán)格匹配的電阻計算出峰谷值的平均值。之后進入比較放大環(huán)節(jié)，模擬信號與平均值的交點即是信號的跳變點，經(jīng)過比較放大電路輸出

19、的是數(shù)字信號。比較放大器內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)字信號是占空比不一定的方波，輸入單片機后，主要測試的是數(shù)字信號低電平的時間。本設(shè)計用了中斷和計時器來計算每一次的低電平時間，具體是在數(shù)字信號為低跳變的時候中斷并開啟計時器，當(dāng)數(shù)字信號到高電平時結(jié)束計時器可得到它的低電平時間。再判斷低電平時間是否大于10S。若是，則記錄于存儲器并在LCD上顯示。若不是，則忽略此數(shù)據(jù)。為了更好的測試和研究呼吸暫停癥狀，在LCD上同時顯示呼吸暫停的時間和超過10S的低電平時間

20、。呼吸暫停的系統(tǒng)時間可用日歷芯片來實現(xiàn)，同時可加入存儲器來保留有效數(shù)據(jù)以便于查看。</p><p>　　1.2 本論文的內(nèi)容和安排</p><p>　　本論文首先闡述了睡眠呼吸暫停測試儀的主體思路和基本原理。針對這一測試儀，分別從硬件和軟件兩個方面進行了設(shè)計。</p><p>　　硬件設(shè)計包括：睡眠呼吸暫停測試儀的硬件設(shè)計包括利用熱傳感奇的呼吸信號的提取電路，峰值谷

21、值檢測電路，比較放大電路，lcd顯示器與單片機接口電路，日歷芯片與單片機接口電路設(shè)計。</p><p>　　程序設(shè)計包括：中斷計時程序， LCD顯示程序，日歷芯片程序,總的程序設(shè)計流程。</p><p><b>　　2. 系統(tǒng)芯片選用</b></p><p>　　2.1 AT89C52單片機的選用</p><p>　　A

22、T89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央 處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。</p><p>　　AT89C52有40個引腳，

23、32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2 個讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本[1]。

24、 </p><p>　　圖2－1 AT89C52引腳分布</p><p>　　AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。  主要功能特性[9]：</p><p>　　· 兼容MCS51指令系統(tǒng)      </p><p

25、>　　· 8k可反復(fù)擦寫(>1000次）Flash ROM  · 32個雙向I/O口         </p><p>　　· 256x8bit內(nèi)部RAM</p><p>　　· 3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷    

26、60;  </p><p>　　· 時鐘頻率0-24MHz</p><p>　　· 2個串行中斷, 2個外部中斷源, 共6個中斷源         </p><p>　　· 可編程UART串行通道</p><p>　　·

27、; 2個讀寫中斷口線        </p><p><b>　　· 3級加密位</b></p><p>　　· 低功耗空閑和掉電模式    </p><p>　　· 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能</p><p>　　2.2

28、LCD1602的選用</p><p>　　液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、超薄、抗干擾能力強等優(yōu)點，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用[14]。目前字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機應(yīng)用設(shè)計中最常用的信息顯示器件，也非常適合用于睡眠呼吸暫停檢測儀這個設(shè)計。最后選用的這一款LCD1602液晶顯示模塊，它可以顯示兩行，每行16個字符，采用單+5V電源供電，外圍電路配置簡單，價格便宜，具有很高性價比

29、，達到醫(yī)院和患者的要求，非常適用。</p><p>　　LCD1602模塊接口的主要引腳功能[15]。VO為液晶顯示對比度調(diào)整同端，當(dāng)接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高是會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K歐姆的電位器調(diào)整對比度。RS為寄存器選擇，高電平是選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平是選擇指令寄存器。R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時選擇寫操作。當(dāng)RS和RW同時為低電平時可以寫入指

30、令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平且RW為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平且RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。E端為使能端。當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。LCD1602模塊的指令說明，由于MPU可以直接訪問模塊內(nèi)部的IR（指令寄存器）和DR（數(shù)據(jù)寄存器），作為緩沖區(qū)域，IR和DR在模塊進行內(nèi)部操作之前可以暫存來自MPU的控制信息。這樣就給用戶在MPU和外圍控制設(shè)備的選擇上，增加了余地。模塊的內(nèi)部操作由來自MPU的RS、R/W

31、、E及數(shù)據(jù)信號DB0-DB7決定，這些信號的組合形成了模塊的指令。本模塊提供11條指令，大致可以分為四大類：模塊功能設(shè)置，設(shè)置內(nèi)部RAM地址，完成內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)傳送與其他功能。需要注意的是，在每次訪問</p><p><b>　　表2-1清屏</b></p><p>　　運行時間（250khz）：1.64ms。功能：清DDRAM和AC值</p><

32、p><b>　　表2-2歸位</b></p><p>　　運行時間（250khz）：1.64ms。功能：AC=0，光標(biāo)、畫面回HOME位</p><p>　　表2-3輸入方式設(shè)置</p><p>　　說明：1、I/D=1，數(shù)據(jù)讀、寫操作后，AC自動增一。</p><p>　　2、I/D=0，數(shù)據(jù)讀、寫操作后，AC自

33、動減一。</p><p>　　3、S=1，數(shù)據(jù)讀、寫操作，畫面平移。</p><p>　　4、S=0，數(shù)據(jù)讀、寫操作，畫面不動。</p><p>　　運行時間（250khz）：40us。功能：AC=0，光標(biāo)、畫面移動方式。</p><p>　　表2-4顯示開關(guān)控制</p><p>　　說明：1、D表示顯示開關(guān)：D=1為

34、開，D=0為關(guān)。</p><p>　　2、C標(biāo)識光標(biāo)開關(guān)：C=1為開，C=0為關(guān)。</p><p>　　3、B標(biāo)識閃爍開關(guān)：B=1為開，B=0為關(guān)。</p><p>　　運行時間（250khz）：40us。功能：設(shè)置顯示、光標(biāo)及閃爍開、關(guān)。</p><p><b>　　表2-5功能設(shè)置</b></p>&l

35、t;p>　　說明：1、DL=1，8位數(shù)據(jù)接口;DL=0,4位數(shù)據(jù)接口。</p><p>　　2、N=1,顯示兩行；N=0,顯示一行。</p><p>　　3、F=1,5*10點陣字符；F=0,5*7點陣字符。</p><p>　　運行時間（250khz）：40us。功能：工作方式設(shè)置（初始化口令）</p><p><b>　　

36、表2-6寫數(shù)據(jù)</b></p><p>　　運行時間：（250khz）：40us。功能：根據(jù)最近設(shè)置的地址性質(zhì)，數(shù)據(jù)寫入DDRAM或CGRAM內(nèi)。</p><p><b>　　表2-7讀數(shù)據(jù)</b></p><p>　　運行時間（250khz）：40us。功能：根據(jù)最近的地址性質(zhì)，從DDRAM或CGRAM數(shù)據(jù)讀出。</p>

37、;<p>　　2.3 日歷時鐘接口芯片的選用</p><p>　　在測量記錄儀表中，特別是應(yīng)用在長時間無人職守的工業(yè)控制現(xiàn)場時，經(jīng)常需要記錄某些測量數(shù)據(jù)及其出現(xiàn)的時間。記錄分析這些數(shù)據(jù)，對測控系統(tǒng)的性能分析及正常運行具有重要的意義。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄方式是定時采樣Ⅲ，主要采用單片機內(nèi)部定時器，通過軟件編程和CPU內(nèi)部的中斷實現(xiàn)定時記錄及實時時鐘的功能。這種方法簡單易行成本低廉，但時鐘的計時精度受CPU主

38、晶振以及與其相連電容的影響較大，無法做到很高的精度，累積誤差較大[3]。主電源掉電時為了維持時鐘不停擺，必須由備份電源(通常外接電池)給整個CPU供電，導(dǎo)致儀表功耗增大。采用專用實時時鐘芯片則能很好地解決了上述問題?，F(xiàn)階段常用的時鐘芯片有并行接口、串行接口兩種。并行接口方式數(shù)據(jù)傳送速度較快，但接口擴展電路較復(fù)雜，需要考慮接口擴展時的驅(qū)動能力，且芯片引腳多，占用地址、數(shù)據(jù)總線較多，體積大；而串行時鐘芯片體積小，與MCU的接線少，可大大減少

39、線路板的面積和儀器的體積，特別適用于結(jié)構(gòu)緊湊的系統(tǒng)中。</p><p>　　基于以上原因，在本監(jiān)測儀的設(shè)計過程中選用了美國DALLAS公司推出的串行時鐘芯DSl302。使用該芯片簡化了硬件電路，過三條線就可以和單片機進行通訊，耗電較??；而且芯片內(nèi)部含有RAM，掉電后還可保存數(shù)據(jù)，方便了用戶存儲一些重要時間信息；同時，它們的時鐘校準(zhǔn)也較為容易，使用專用的晶振器，幾乎無需調(diào)整即可達到國家要求的時鐘誤差標(biāo)準(zhǔn)[4]。因此

40、采用DSl302串行時鐘芯片，既可以產(chǎn)生準(zhǔn)確的實時時鐘又可以提供數(shù)據(jù)保護，大大簡化了硬件電路設(shè)計，提高了CPU使用效率，使用更方便，適于推廣。</p><p>　　DSl302是美國Dallas公司生產(chǎn)的一低功耗、帶RAM的實時時鐘芯片。該芯片采用3線串行接口方式，可提供年、月、日、星期、時、分、秒等時間信息，并可根據(jù)月份和閏年的情況自動調(diào)整月份的結(jié)束日期，同時可以根據(jù)用戶需要決定是采用24小時或12小時格式。D

41、S1302內(nèi)部帶有31個字節(jié)的RAM，用于存放臨時性數(shù)據(jù)，同時具有可編程涓細電流充電能力，從而使外圍硬件電路設(shè)計得到了大大簡化。該芯片引腳分配如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 DS1302的引腳分配圖</p><p>　　其中X1、X2為32．768kHz晶振端，GND為地；為復(fù)位端，高電平時允許I／o端進行數(shù)據(jù)傳輸，低電平則禁止數(shù)據(jù)傳送且使I／O端呈高阻狀態(tài)；I／0為串行數(shù)

42、據(jù)輸入、輸出端，所有輸入、輸出數(shù)據(jù)的傳送順序均以最低位LSB打頭，最高位MSB結(jié)束；SCLK為同步時鐘脈沖端，其上升沿將I／O端數(shù)據(jù)按位寫入DSl302，下降沿使DSl3位輸出數(shù)據(jù)至I／0端；VCC2、VCCI為主電源和備份電源端，當(dāng)主電源VCC2大于備份電源VCCI+0．2V時，由VCC2對芯片供電，否則，由芯片vcc1供電[6]。工作電壓范圍為2．5～5．5V，工作電源和備份電源雙引腳輸入，功耗很低，當(dāng)工作電壓為2．5V時正常工作，

43、所需電流不超過300nA。另外，如果選擇了涓流充電功能，在正常情況下，主電源還可對備份電源進行慢速充電，有效延長了備份電源的使用壽命，保證了系統(tǒng)時間的連續(xù)可靠運行。</p><p><b>　　3.系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　3.1呼吸暫停測試儀的總體設(shè)計</p><p>　　呼吸暫停監(jiān)測儀的硬件電路模塊分為：呼吸信號提取電路模塊、濾

44、波放大電路模塊、平均值提取電路模塊、比較放大電路模塊、單片機與LCD顯示模塊，單片機與日歷芯片接口模塊。 呼吸暫停監(jiān)測儀的軟件部分可分為中斷計時部分，LCD顯示部分，日歷時鐘部分。本設(shè)計重點在于實現(xiàn)硬件電路的設(shè)計和部分軟件的設(shè)計。本設(shè)計希望達到的目標(biāo)：用正弦信號模擬提取的呼吸信號，通過單片機，聯(lián)合LCD、日歷時鐘芯片監(jiān)測出睡眠呼吸暫停的具體時間和時長，并且在LCD顯示屏上顯示出監(jiān)測期間的每一次呼吸暫停的信息。呼吸暫停監(jiān)測儀的系統(tǒng)設(shè)計圖如

45、圖3-1所示。</p><p>　　人的呼吸途徑有兩個，一個是鼻腔，另一個是口腔。在呼吸時，口、鼻腔處由于氣流流過而使壓力和溫度發(fā)生變化。因此，人體的呼吸狀態(tài)可以從檢測壓力和溫度變化得知。如采用壓力法，由于口、鼻腔處的壓力變化很微弱，而弱壓傳感器的靈敏度很高，容易受各種因素的影響，造成誤動作，故壓力法不宜采用。溫度檢測的方法，既用熱敏電阻作傳感器，將熱敏傳感器用膠帶粘在鼻腔或口腔下方。此類儀器簡單易用，被檢測者沒

46、有不舒服的感覺，不影響正常的睡眠。</p><p>　　經(jīng)過比較放大電路后，產(chǎn)生一個數(shù)字信號。此信號就是本設(shè)計主要處理的信號，實際設(shè)計中會用正弦模擬信號與平均電平比較后產(chǎn)生。此數(shù)字信號為長度不一的矩形波，高電平說明患者呼出熱的空氣，低電平說明患者正在吸氣或者已經(jīng)呼吸暫停。在電平下降沿，用T0計時，在電平上升沿時中斷計時，若T0計時的時間超過10S則把日歷時間和它的時長存儲并顯示在LCD上，T0清除；若T0計時的時

47、間不超過10s則清除T0。</p><p>　　3.2呼吸暫停測試儀的程序設(shè)計流程</p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p>　　計時器清零

48、 計時器清零</p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>　　圖3-2 設(shè)計流程圖</p><p>　　數(shù)字信號輸入后，判斷信號是否為下降沿。

49、若是，則中斷并計時，若不是，繼續(xù)判斷。中斷計時開始后，判斷電平是否為高電平，若是則停止計時；若不是則繼續(xù)判斷。再判斷低電平時間是否大于10s，若是則存儲并顯示，清零再進入循環(huán)；若不是，則直接清零并進入循環(huán)。</p><p><b>　　4. 功能電路設(shè)計</b></p><p>　　4.1呼吸信號提取電路</p><p>　　在呼吸時，口鼻腔底

50、部由于氣流流過使溫度發(fā)生變化，因此人體的呼吸狀態(tài)可以從檢測溫度變化獲得[2]。按此原理設(shè)計呼吸信號提取電路如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1呼吸信號提取電路</p><p>　　由電源接一個電阻和熱敏電阻Rt串聯(lián)至地，熱敏電阻在常溫下(25°C)阻值為1kΩ，熱敏電阻為負溫度型，靈敏度為0.1%，當(dāng)呼吸溫差達8°C時，其阻值變化為。相應(yīng)電壓變化為</p

51、><p><b>　　(4-1)</b></p><p>　　因熱敏電阻Rt在常溫下一般工作在線性區(qū)，這使Rt上電壓變化將準(zhǔn)確地隨呼吸狀態(tài)的變化而變化，不會出現(xiàn)非線性失真。</p><p><b>　　4.2濾波放大電路</b></p><p>　　由于提取的信號較弱，易受環(huán)境溫度及其他干擾的影響，因此

52、必須進行濾波放大，以隔除直流成分，消除環(huán)境溫度及其他各種干擾的影響，對有效信號進行放大[10]。濾波放大電路如圖4-2所示：</p><p>　　圖4-2　濾波放大電路</p><p>　　Rt取下呼吸信號，經(jīng)過R2、C1構(gòu)成的高通隔除直流，同時由C2、R3構(gòu)成的低通，以實現(xiàn)濾波的目的。根據(jù)放大的需要可適當(dāng)選擇R2、R3。放大增益K1=-R3/R2。R2、C1的選取要保證周期小于10s的呼

53、吸信號均能通過。運算放大器A1選用具有高輸入阻抗，且可由較低的電源供電的CA3140。</p><p>　　4.3平均值提取電路</p><p>　　4.3.1　峰值檢測電路</p><p>　　峰值檢測電路如圖4-3所示。經(jīng)濾波放大的呼吸信號接放大器同相端，當(dāng)呼吸信號大于電容C3上的電壓時，放大器輸出高電平，D1導(dǎo)通，給C3充電。當(dāng)呼吸信號升至峰值并開始下降時，C

54、3充電至峰值電壓，此時放大器將輸出低電平，D1截止，C3上保持峰值電壓[9]。為保證該電路不影響前級，且使電容C3能將峰值電壓保存適當(dāng)長的時間，都需要放大器的輸入阻抗要高，于是，我們選擇了CA3130，它有高的輸入阻抗和低輸入偏置電流，且能用單電源供電。</p><p>　　圖4-3　峰值檢測電路</p><p><b>　　谷值檢測電路</b></p>

55、<p>　　谷值檢測電路如圖4-4所示。該電路結(jié)構(gòu)與峰值檢測電路結(jié)構(gòu)相同，放大器也選用CA3130。當(dāng)輸入電壓小于電容C4上電位時，放大器輸出低電平，D2導(dǎo)通，C4通過D2放電。當(dāng)輸入電壓下降時，電容就保持放電。當(dāng)輸入電壓Vi降至谷值并開始上升時，C4就取得谷值電壓，此時放大器輸出高電平，D2截止，C4保存谷值電壓[8]。</p><p>　　圖4-4　谷值檢測電路</p><p&

56、gt;<b>　　平均值提取電路</b></p><p>　　從峰谷值輸出端接兩個嚴(yán)格匹配的電阻R6、R7。從R6、R7之間提取平均值電壓，如圖4-5所示：</p><p>　　圖4-5　平均值提取電路</p><p>　　為延緩峰值電壓經(jīng)R6、R7向谷值電壓存儲電容C5充電，R6、R7應(yīng)選得較大[6]。該電路中R6=R7=10MΩ</p

57、><p><b>　　4.4比較放大電路</b></p><p>　　將提取的平均值加到運放的反相端，原呼吸模擬信號加到同相端[14]，如圖4-6所示。</p><p>　　圖4-6　比較放大電路</p><p>　　波形變化如圖4-7所示。模擬信號與平均值的交點就是信號的跳變點，經(jīng)比較放大電路輸出數(shù)字信號[4]。</

58、p><p>　　圖4-7 輸出數(shù)字信號</p><p><b>　　4.5時鐘電路</b></p><p>　　時鐘電路的主控單元采用12MHz的晶體振蕩器。具體設(shè)計如圖4-8：</p><p>　　圖4-8 時鐘電路</p><p>　　4.6日歷芯片接口電路</p><p&g

59、t;　　DS1302內(nèi)部具有實時時鐘、日歷和用戶可用RAM，通過一個簡單的串行接口與微機通信，可根據(jù)月份和閏年的情況自動調(diào)整月份的結(jié)束日期。串行接口的日歷時鐘芯片以其使用簡單、接口容易、與微機連線少等特點，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)，尤其是手持式信息設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。下面介紹在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中廣為使用的串行接口實時時鐘芯片DS1302的特點和使用方法。為了初始化任何數(shù)據(jù)的傳輸，RST/引腳信號應(yīng)由低變高，并且應(yīng)將具有地址和控制信息的8位數(shù)據(jù)（控

60、制字節(jié)）裝入芯片的移位寄存器內(nèi)。數(shù)據(jù)的讀寫可以用單字節(jié)或多字節(jié)的突發(fā)模式進行。所有的數(shù)據(jù)應(yīng)在時鐘的下降沿變化，而在時鐘的上升沿，在芯片或與之相連的設(shè)備進行輸入。時鐘/日歷寄存器共有秒、分、日、月、星期、年共7個寄存器。秒寄存器的最高為CH標(biāo)識位是時鐘的暫停標(biāo)識。這一位被置為1時，時鐘振蕩電路停振，且DS1302進入低功耗空閑狀態(tài)，這是芯片消耗電流將小于100nA。置為0時，時鐘將工作?？刂萍拇嫫骷磳懕Ｗo寄存器，該寄存器的最高位是芯片的寫

61、保護位，D0-D6應(yīng)強迫寫0，且讀出時始終為0[7]。對任何片內(nèi)時鐘/日歷寄存器或RAM，在寫操作之前寫保護必須是0，否則將不可</p><p>　　圖4-9 日歷芯片接口電路</p><p>　　4.7 LCD顯示接口電路</p><p>　　LCD1602模塊接口的主要引腳功能。RS為寄存器選擇，高電平是選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平是選擇指令寄存器[11]。R/W為讀

62、寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時選擇寫操作。當(dāng)RS和RW同時為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平且RW為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平且RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。E端為使能端。當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。LCD1602模塊的指令說明，由于MPU可以直接訪問模塊內(nèi)部的IR（指令寄存器）和DR（數(shù)據(jù)寄存器），作為緩沖區(qū)域，IR和DR在模塊進行內(nèi)部操作之前可以暫存來自MPU的控制信息。具體如表4

63、-1所示。在每次訪問模塊之前，MPU應(yīng)首先檢測忙標(biāo)識BF，確認BF=0后，訪問過程才能進行。設(shè)計中，第一行顯示日歷時間，第二行顯示檢測的呼吸暫停時間。</p><p>　　表4-1 RS和R/W輸入信號組合</p><p>　　圖4-10 LCD顯示接口電路</p><p><b>　　4.8總設(shè)計電路</b></p><p

64、>　　圖4-11 總設(shè)計電路</p><p>　　總設(shè)計電路主要包括呼吸信號提取電路，濾波放大電路，平均值提取電路，比較放大電路。LCD1602顯示接口電路，DS1302接口電路，單片機時鐘電路。</p><p><b>　　5. 結(jié)論</b></p><p>　　本文中的呼吸暫停測試儀主要目標(biāo)是實現(xiàn)呼吸信號處理和在LCD上顯示系統(tǒng)時間和

65、呼吸暫停時間，并存儲于存儲器，可翻閱數(shù)據(jù)。</p><p>　　實際實現(xiàn)了LCD顯示系統(tǒng)時間和呼吸暫停時間和呼吸信號提取與處理。呼吸信號提取與處理部分主要由電子電路完成。首先為呼吸信號的提取電路，因為提取的呼吸信號易受環(huán)境溫度及其他干擾的影響而需要進行對其隔除直流，消除環(huán)境溫度及其他各種干擾的影響，所以應(yīng)加入濾波放大電路。進入單片機的數(shù)字信號是由經(jīng)濾波放大器的呼吸信號與其平均值比較而得到的。平均值是由經(jīng)濾波放大的

66、呼吸信號再通過平均值提取電路得到。平均值提取電路主要有峰值檢測電路，谷值檢測電路，平均值提取電路。而比較這一作用是由比較放大電路實現(xiàn)的，通過此電路的信號即為單片機要監(jiān)測的數(shù)字信號。單片機處理的數(shù)字信號是高電平與低電平時間不一樣的數(shù)字信號，主要是監(jiān)測低電平的時間。若低電平的時間超過10s，那么就記錄此數(shù)據(jù)并顯示出來。</p><p>　　設(shè)計睡眠呼吸暫停監(jiān)測儀，難點是如何確切監(jiān)測人體呼吸空氣的溫度，除去各種干擾，并

67、很好地實現(xiàn)濾波的目的。而重點是中斷計時程序的設(shè)計。但是它的靈敏度還不夠，特別是熱敏電阻和各個電路中電子元器件的規(guī)格的選擇，存儲器的功能也還沒有加上。</p><p>　　本設(shè)計基本上研制了一種價格相對便宜，使用更加方便，性能更加優(yōu)良的“呼吸暫停監(jiān)測儀”以滿足各級醫(yī)院和患者的需求。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　

68、　[1] 張洪潤. 單片機應(yīng)用設(shè)計200例(上冊)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.1~610</p><p>　　[2] 張洪潤，傅瑾新. 傳感器應(yīng)用電路200例[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.1~883 </p><p>　　[3] 張永瑞.電子測量技術(shù)基礎(chǔ)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1994.1~300</p><p>

69、;　　[4] 鄧親愷. 現(xiàn)代醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計原理[M].北京：科學(xué)出版社，2004.1~527</p><p>　　[5] 周洪建. HHT譜分析方法在利用ECG信號檢測睡眠呼吸暫停中的應(yīng)用[J].中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2009，26(04):1309～1313</p><p>　　[6] 張瑞華，葉逢春. 一種具有自動補償功能的呼吸信號檢測電路[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2009，30(3）:62～

70、63,65 </p><p>　　[7] 楊躍平. 睡眠呼吸暫停綜合征及檢測方法[J].張家口醫(yī)學(xué)院學(xué)報，2003，20(3）:59～61</p><p>　　[8] 俞夢孫. 睡眠呼吸暫停與生物醫(yī)學(xué)工程[J].引進國外醫(yī)藥技術(shù)與設(shè)備，1998，4(2）:106～109</p><p>　　[9] 彭思，陳淑鈴. 用于呼吸暫停綜合癥的呼吸監(jiān)測系統(tǒng)的研制[J]. 傳感

71、技術(shù)學(xué)報，2008，21(8):1325～1328</p><p>　　[10]吳海鋒. 熱釋電式睡眠呼吸暫停監(jiān)測[J].紅外技術(shù)，2004，26(1):31～33</p><p>　　[11]金鑫，張慶稼. 簡易睡眠呼吸暫停監(jiān)測儀的研究[J]. 醫(yī)療設(shè)備信息，2002，17(5):24～26</p><p>　　[12] 郭興明. 睡眠呼吸暫停監(jiān)測方法及儀器的研究

72、[J]. 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志，2000，17(3):358～359</p><p>　　[13] 郭興明. 睡眠呼吸暫停監(jiān)測儀的研究[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，1999，25(2):34～36</p><p>　　[14] 徐現(xiàn)通. 睡眠狀態(tài)下人體生理信號的監(jiān)測[J]. 醫(yī)學(xué)信息：醫(yī)學(xué)與計算機應(yīng)用，2004，17(6):326～329</p><p>　　[15] 莊志

73、. 零負荷多參數(shù)睡眠監(jiān)測方法的研究[J]. 北京生物醫(yī)學(xué)工程，2002，21(2):57～61</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　#include<reg51.h></p><p>　　#include<string.h></p><p>　　#include<i

74、ntrins.h></p><p>　　#include<lcd1602.h></p><p>　　//#include<24c04.h></p><p>　　#include<ds1302.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><

75、;p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　uchar display[]={" "};</p><p>　　uchar i=0,j=0;</p><p><b>　　uint x=0;</b></p><p>　　//---

76、------------INT0中斷----------------</p><p>　　void INT0_0() interrupt 0</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　i++;</b></p><p><b>　　if(i==1)</b>

77、;</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　TR0=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//----------------I

78、NT1中斷----------------</p><p>　　void INT1_1() interrupt 2</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　j++;</b></p><p><b>　　if(j==1)</b></p>

79、<p><b>　　{</b></p><p><b>　　TR0=0;</b></p><p>　　x=256*TH0+TL0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p&

80、gt;　　//------------------初始化-----------------</p><p>　　void INIT()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TMOD=0x01;</p><p><b>　　TH0=0;</b></p><p

81、><b>　　TL0=0;</b></p><p><b>　　EA=1;</b></p><p><b>　　EX0=1;</b></p><p><b>　　EX1=1;</b></p><p><b>　　IT0=1;</b&g

82、t;</p><p><b>　　IT1=1;</b></p><p><b>　　PX0=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//------------------數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換----------------</p><

83、p>　　void dispose()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　display[7]=x/10000+'0';</p><p>　　display[8]=x%10000/1000+'0';</p><p>　　display[10]='s&#

84、39;;</p><p>　　display[11]='e';</p><p>　　display[12]='c';</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//----------------------------主程序-----------------------

85、</p><p>　　void main()</p><p>　　{ </p><p>　　Init_LCD(); //初始化LCD </p><p>　　//display[7]='1';</p><p>　　//display[8]=

86、'1';</p><p>　　//display[10]='s';</p><p>　　//display[11]='e';</p><p>　　//display[12]='c';</p><p>　　//IIC_24C04_Init(); //初

87、始化24C04 </p><p><b>　　INIT();</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　GetTime();</p><p>　　Format_DateTi

88、me(DateTime[6],LCD_DSY_BUFFER1+5);</p><p>　　Format_DateTime(DateTime[4],LCD_DSY_BUFFER1+8);</p><p>　　Format_DateTime(DateTime[3],LCD_DSY_BUFFER1+11);</p><p>　　//strcpy(LCD_DSY_BUFFE

89、R1+13,WEEK[DateTime[5]]);</p><p>　　Format_DateTime(DateTime[2],LCD_DSY_BUFFER2+5);</p><p>　　Format_DateTime(DateTime[1],LCD_DSY_BUFFER2+8);</p><p>　　Format_DateTime(DateTime[0],LCD_

90、DSY_BUFFER2+11);</p><p>　　//Display_String(display,0x40);</p><p>　　Display_String(LCD_DSY_BUFFER2,0x00);</p><p>　　dispose();</p><p>　　Display_String(display,0x40);</

91、p><p><b>　　}}</b></p><p>　　#ifndef _lcd1602_2010_4_28_</p><p>　　#define _lcd1602_2010_4_28_</p><p>　　/*******************************lcd1602*******************

92、****************/</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　sbit RS=P2^0;</p><p>　　sbit RW=P2^1;</p><p>　　sbit EN=P2

93、^2;</p><p>　　//------------延時------------------------</p><p>　　void DelayMs(uint x)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p&

94、gt;　　while(x--) for(i=0;i<120;i++);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//------------讀LCD狀態(tài)------------------------</p><p>　　uchar Read_LCD_State()</p><p><b&

95、gt;　　{</b></p><p>　　uchar state;</p><p>　　RS=0;RW=1;EN=1;DelayMs(1);state=P0;EN=0;DelayMs(1);</p><p>　　return state;</p><p><b>　　}</b></p><

96、p>　　//------------忙等待----------------------------</p><p>　　void LCD_Busy_Wait()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while((Read_LCD_State() & 0x80) == 0x80);</p>&l

97、t;p>　　DelayMs(5);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//------------向LCD寫數(shù)據(jù)------------------------</p><p>　　void Write_LCD_Data(uchar dat)</p><p><b>　　{<

98、;/b></p><p>　　LCD_Busy_Wait();</p><p>　　RS=1;RW=0;EN=0;P0=dat;EN=1;DelayMs(1);EN=0;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//-------------寫LCD指令---------------------

99、----</p><p>　　void Write_LCD_Command(uchar cmd)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　LCD_Busy_Wait();</p><p>　　RS=0;RW=0;EN=0;P0=cmd;EN=1;DelayMs(1);EN=0;</p>

100、<p><b>　　}</b></p><p>　　//-------------LCD初始化-------------------------</p><p>　　void Init_LCD()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　Write_LCD_Comman

101、d(0x38);DelayMs(1);</p><p>　　Write_LCD_Command(0x01);DelayMs(1);</p><p>　　Write_LCD_Command(0x06);DelayMs(1);</p><p>　　Write_LCD_Command(0x0c);DelayMs(1);</p><p><b&

102、gt;　　}</b></p><p>　　//-------------設(shè)置液晶顯示位置------------------</p><p>　　void Set_LCD_POS(uchar p)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　Write_LCD_Command(p | 0x80

103、);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//---------------在LCD上顯示字符串---------------</p><p>　　void Display_String(uchar *s,uchar p)</p><p><b>　　{</b></p&

104、gt;<p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　Set_LCD_POS(p);</p><p>　　for(i=0;i<16;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　Write_LCD_Data(s[i]);</p>

105、;<p>　　DelayMs(1);</p><p><b>　　}}</b></p><p>　　/******************************lcd1602結(jié)束*********************************/</p><p><b>　　#endif</b></p

106、><p>　　#ifndef _ds1302_2010_4_28_</p><p>　　#define _ds1302_2010_4_28_</p><p>　　/*******************************ds1302***********************************/</p><p>　　#define

107、uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　sbit IO=P2^4;</p><p>　　sbit SCLK=P2^5;</p><p>　　sbit RST=P2^6;</p><p>　　//uchar *WEEK[]={&q

108、uot;SUN","***","MON","TUS","WEN","THU","FRI","SAT"};</p><p>　　uchar LCD_DSY_BUFFER1[]={"DATE 00-00-00 "};</p><

109、;p>　　uchar LCD_DSY_BUFFER2[]={"TIME 00:00:00 "};</p><p>　　uchar DateTime[7];</p><p>　　//-------------向DS1302寫入一字節(jié)-----------</p><p>　　void Write_A_Byte_TO_DS1302(uchar

110、 x)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　for(i=0;i<8;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　IO=x & 0x01;

111、 SCLK=1;SCLK=0;x>>=1;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//---------------從DS1302讀取一字節(jié)---------</p><p>　　uchar Get_A_Byte_FROM_D

112、S1302()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar i,b=0x00;</p><p>　　for(i=0;i<8;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　b|=_crol_((uchar)IO,i);&

113、lt;/p><p>　　SCLK=1;SCLK=0;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　return b / 16 * 10+b % 16;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//---------------從DS1302指定

114、位置讀數(shù)據(jù)------</p><p>　　uchar Read_Data(uchar addr)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar dat;</p><p>　　RST=0;SCLK=0;RST=1;</p><p>　　Write_A_Byte_TO_DS

115、1302(addr);</p><p>　　dat=Get_A_Byte_FROM_DS1302();</p><p>　　SCLK=1;RST=0;</p><p>　　return dat;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//----------------讀取當(dāng)

116、前日期時間------------</p><p>　　void GetTime()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar i,addr=0x81;</p><p>　　for(i=0;i<7;i++)</p><p><b>　　{</b&

117、gt;</p><p>　　DateTime[i]=Read_Data(addr);addr+=2;</p><p><b>　　}}</b></p><p>　　//---------------日期與時間轉(zhuǎn)換為數(shù)字字符---------</p><p>　　void Format_DateTime(uchar d,u

118、char *a)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　a[0]=d/10+'0';</p><p>　　a[1]=d%10+'0';</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/************

119、******************ds1302結(jié)束*********************************/</p><p><b>　　#endif</b></p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在論文即將完成之際，我首先向關(guān)心幫助和指導(dǎo)我的指導(dǎo)老師**老師表示衷心的感謝﹗</p