基于MSP430的便攜式運動量及生理參數(shù)監(jiān)測儀設(shè)計

　　數(shù)據(jù)存儲單元用于存儲系統(tǒng)內(nèi)的運動數(shù)據(jù)、血氧飽和度及心電信號等數(shù)據(jù)，需要根據(jù)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(shù)據(jù)存儲芯片。

　　顯示與鍵盤接口單元提供了設(shè)置和操作本監(jiān)測儀的鍵盤接口，并通過圖形點陣液晶實現(xiàn)漢字功能菜單顯示、生理參數(shù)的數(shù)值顯示和波形回放等功能，為系統(tǒng)提供友好和智能化的人機(jī)交互界面。

　　時鐘單元為系統(tǒng)提供實時的時間坐標(biāo)，進(jìn)而能為數(shù)據(jù)的存儲提供可參照的起始和結(jié)束時間點。

　　數(shù)據(jù)通信單元提供本監(jiān)測儀與PC機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換手段，既可以是串行、USB、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信等有線接口方式;又可以通過無線收發(fā)芯片組建一個固定頻點下(如433MHz)的無線通信網(wǎng)絡(luò)，或者是基于GPRS的遠(yuǎn)程無線傳輸網(wǎng)絡(luò)。

　　電源單元為監(jiān)測儀內(nèi)的模擬和數(shù)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(qū)管理功能，其輸出質(zhì)量直接關(guān)系到系統(tǒng)的精度和可靠性。

　　運動監(jiān)測模塊

　　運動監(jiān)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(diào)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(zhuǎn)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(shù)，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(fā)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(qiáng)度和頻率，能夠把人體的各種運動狀態(tài)轉(zhuǎn)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(jiān)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(diào)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(diào)整到能夠直接由A/D轉(zhuǎn)換模塊采樣的幅度足夠的電壓信號，且信號調(diào)理單元對其前級的傳感器和后級的A/D轉(zhuǎn)換模塊的影響要盡可能的小。

　　信號調(diào)理單元具體包括信號放大電路、濾波電路及精密電壓基準(zhǔn)電路等，主要實現(xiàn)信號的放大、整形及濾波等功能。信號調(diào)理單元中的信號放大電路應(yīng)具有較強(qiáng)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(diào)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(diào)理單元中的濾波器應(yīng)采用同相結(jié)構(gòu)的精密運放和RC網(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)換的影響。

　　信號調(diào)理單元是本監(jiān)測儀中模擬電路的主要部分，其調(diào)整后信號的精度直接決定著系統(tǒng)內(nèi)可采集到的人體運動信號的精度，其電路結(jié)構(gòu)和復(fù)雜程度也直接關(guān)系到系統(tǒng)的整體功耗和體積。因此信號調(diào)理單元的設(shè)計更要符合微功耗和微型化設(shè)計要求，能夠在單電源下工作，其信號放大范圍要與A/D轉(zhuǎn)換所需的信號幅度一致，在電路結(jié)構(gòu)上應(yīng)力求簡單，集成度要高，不宜采用分離元件太多的設(shè)計方案。

　　生理參數(shù)監(jiān)測模塊

　　從系統(tǒng)整體設(shè)計和降低設(shè)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(shù)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(shè)計。如目前市面上已有供二次開發(fā)使用的監(jiān)測血氧飽和度、心率等的集成功能模塊(簡稱為數(shù)字式血氧模塊)，其內(nèi)往往已集成了信號處理內(nèi)核(如Dolphin公司OEM-701模塊)，這種數(shù)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(shù)據(jù)，支持串行接口的輸出方式。