基于京微雅格CAP系統(tǒng)的便攜式血氧儀應(yīng)用技術(shù)方案
摘要:CAP系統(tǒng)是京微雅格將純硬件的MCU處理器與可編程邏輯器件的有機結(jié)合,即能提供高性能處理器(增強型8051)又提供了靈活的邏輯資源,客戶可以在一個平臺上完成FPGA與MCU的結(jié)合,能夠節(jié)省系統(tǒng)電路板面積并減少系統(tǒng)的芯片數(shù)量。本文介紹了在京微雅格CAP系統(tǒng)上設(shè)計的便攜式血氧儀方案。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/145486.htm隨著便攜醫(yī)療電子產(chǎn)品市場迅速發(fā)展,脈搏血氧儀日益廣泛地被應(yīng)用到病人多參數(shù)監(jiān)護領(lǐng)域,為臨床提供實時數(shù)據(jù)。脈搏血氧儀是根據(jù)還原血紅蛋白,氧合血紅蛋白在紅光和紅外光區(qū)域的吸收光譜特性,運用朗柏-比爾(Lambert-Beer)定律建立數(shù)據(jù)處理經(jīng)驗公式通過光電轉(zhuǎn)換獲取測量結(jié)果。
原理如下:D=In(Ii/Io)=kCd
其中,C為血液濃度,d為光透視血液經(jīng)過路徑,K為血液光吸收系數(shù),Ii為透射光強度,Io為發(fā)射光強度。
血液中的HbO2(氧合血紅蛋白)和Hb對不同波長的光吸收系數(shù)是不一樣的,在波長600~700納米的紅光(RED)區(qū),Hb的吸收率遠比HbO2大,但在波長為800~1000納米的紅外光(IR)區(qū),Hb的吸收率遠比HbO2的小,在805納米附近是等吸收點。
發(fā)光二極管工作時發(fā)出660紅光和940的紅外光,光電二極管檢測器透過手指的動脈血管的紅光和紅外光通過光電轉(zhuǎn)化成電信號,經(jīng)過放大和濾波后,分別由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。
血氧飽和度為SaO2=K1R’+K2R’+K3。其中,K1,K2,K3 是經(jīng)驗常數(shù)值,而R’是在很小的時間間隔上,兩種光電信號的幅度變化量之比,即R’=△RED/△IR
血氧儀一般包括血氧飽和度檢測模塊,主控制器,血氧檢測探頭三個主要部分,典型結(jié)構(gòu)如圖2?! ?/p>
血氧檢測探頭光電二極管檢測器,能產(chǎn)生正比于透視到它上面的紅光和紅外強度的電流,但它不能區(qū)分這兩種光,可用一個定時電路來交替控制兩個LED的發(fā)光時序。
圖2所示脈搏血氧儀硬件電路以京微雅格M1(衡山)系列FPGA作為主控制器,整個硬件系統(tǒng)包括血氧檢測頭,LED橋式驅(qū)動電路,濾波放大電路,系統(tǒng)外部電路組成。
由M1引出的兩個驅(qū)動信號交替控制LED橋式驅(qū)動器三極管的開啟和關(guān)斷,并有定時器輸出兩路PWM脈寬調(diào)制信號驅(qū)動LED橋式電路,用于驅(qū)動探頭內(nèi)的紅光與紅外光LED 發(fā)光,并產(chǎn)生周期性光信號。探頭內(nèi)的光電二極管檢測器采集含有血氧的光信號,經(jīng)光電轉(zhuǎn)化產(chǎn)生電信號,濾波放大電路將得到的電信號進行低通濾波和信號放大。
FPGA對放大后的信號進行A/D轉(zhuǎn)換,其中一路A/D采樣值用于檢測LED橋式驅(qū)動信號的幅度,另外一路A/D用于系統(tǒng)計算血氧值信號。同時用于接口擴展鍵盤、LCD等。
CME系列FPGA含有增強型8051內(nèi)核,具有200MHz的運算速度,豐富的外設(shè),豐富的FPGA邏輯資源,物盡所用,真正意義上實現(xiàn)了SoC,是滿足用戶多樣化設(shè)計需求的最佳選擇方案。
參考文獻:
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