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人体基本参数测试仪的设计

发布时间:2020-07-01 02:19:08 阅读: 来源:瓜果类厂家

1 引言 研究的是一台人体基本参数测试仪,可以测量体温、脉搏和呼吸间隔等参数。这些参数与记录是应用最多的基础护理技术操作,各项技术比较成熟。但普通便携式设备大多功能单一,精度不高,且仅能作为临时测量使用,无法跟踪病人的整个治疗过程:医院里使用的大型医疗设备能够提供很高的精度,且功能全面,但过于专业的使用方法以及高昂的价格导致它们的市场需求不高。鉴于这些缺点,该系统的研究具有以下两点意义:①通过一台仪器将人体各项参数集中在一起进行实时测量,从而提高测量仪器的集成度和便利性。②测量采用全自动的方式,通过对各项参数设定门限,可以在测量后对超出门限的参数自动给出相关说明。这部便携、精准和可记录的人体参数测试仪具有很高的科学价值和社会意义。2 设计方案比较分析2.1 体温测量 方案l:采用数字温度传感器。数字温度传感器内部集成了温度传感器和模数转换器,可以把温度直接转化为数字量送入微处理器。 方案2:采用模拟温度传感器。即采用输出电压可连续变化的模拟温度传感器,再通过高精度的A/D转换器将模拟电压量转换为数字量。 方案1实现起来较为简单.但想实现高精度的温度测量,成本较高。而方案2中由于传感器的输出电压可以连续变化,只需提高A/D转换器的精度就可以大幅度提高温度测量的精度,故系统采用方案2。2.2 呼吸间隔测量 方案1:人体胸部的起伏可以通过弹性材料的伸缩来反映,弹性材料的伸缩带动滑片在电阻丝上滑动,改变其两端电阻。通过电阻分压的方法使电压的变化与胸部起伏的变化规律相同,最终实现呼吸间隔的测量。此方案对弹性材料和电阻丝,以及捆绑方式都有严格要求。 方案2:采用压力传感器实现。其装置如图1所示。图中的带子选用长度形变很小的线材制成,带子上固定一个压力传感器,则胸腔的起伏引起压力传感器上压力的变化,通过采集传感器输出的电信号在时间轴上捕捉胸腔起伏的趋势,可以实现呼吸间隔时间的测量。该装置简单,更适应于便携设备的要求。

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综上所述,系统选取方案2。

2.3 脉搏测量 方案1:采用光电传感器实现。将手指尖放置在光源和光敏器件之间,当手指中有跳动的脉搏时,血液的透光性发生变化,光敏器件接收的光强随之变化。从而得到按脉搏跳动规律变化的电信号,但提取的信号非常微弱。 方案2:采用压电传感器实现。在手腕处安装灵敏度较高的压电传感器,将跳动的脉搏产生的压力信号转换为电信号,从而实现脉搏的测量。但是成本较高。 方案3:采用驻极体话筒实现。让话筒紧贴脉搏,则跳动的脉搏信号便可通过这一过程转换为相应的电信号。该方案提取的电信号很明显,测量精度很,且成本很低。 综上所述,系统采取方案3。

3 系统总体设计 系统以单片机为控制核心,由提取体温、脉搏次数和呼吸间隔的传感器及相应的信号调理模块、放大整形模块、电源模块、键盘控制模块,以及LCD显示模块等构成。系统还包括一个可以与独立监测单片机进行串行通讯的集中监测机,用于对仪器设备进行网络化管理。系统具体实现框图如图2所示。

4 理论分析4.1 脉搏测量误差分析 人的脉搏频率一般为60~100次/min,以脉搏信号调整、整形后的信号为门限,在第一个上升沿开始对标准脉冲fo计数,第二个上升沿停止计数,计数值为N。这种在门限内的填充计数存在误差。脉冲频率越小,计数值越大,此方法固有误差的影响就越小。则脉搏频率f=100次/min时,误差最大。取fo=l kHz,此时理论上N=fo(60/100)=600次,而实际可能为599或者601。根据公式f=(60xfo)/N,可以得到f1=100.169次/min和99.833次/min。△fmax≤0.2次/min,精度很高。4.2 温度测量数据处理方法分析 影响体温测量的因素很多。为提高测量精度,适当增加测量次数,利用补偿的方法减小随机误差的影响。为了获得最可信赖的结果,利用最小二乘法,在残余误差平方和最小的条件下测得值最可信赖。 被测温度和输出电压V成线性关系,即V=b+aT,则线性参数的误差方程为

式中:vi为每次测试值和真值的误差。 在等精度测量中,应满足最小二乘条件式

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