基于nRF9E5的无线环形血氧检测装置的设计

　　1前言

　　氧是维持生命的基础, 血氧饱和度是反映血液中氧含量的重要参数,是衡量人体代谢是否异常,血流动力学是否紊乱的重要生命体征指标。临床上能够无创、连续、实时监测血氧饱和度并已趋于成熟的透射式脉氧检测装置广泛用于多参数监护系统中, 采用一个血氧指夹套夹在患者的手指或脚趾处采集血氧信号,并通过长导线连接到监护设备上显示波形和数值。然而这长导线不仅给患者带来诸多不便,还限制了信号的传输距离,并且指夹套容易松动或脱落导致信号漏检和假警报。为了进一步提高监护水平, 设计了一种基于nRF9E5 的无线指环式血氧检测装置。

　　2血氧饱和度测量原理

　　血氧饱和度是指血液中氧合血红蛋白( )和还原血红蛋白( )中氧合血红蛋白所占的百分比。鉴于氧合血红蛋白和还原血红蛋白在红光区和红外光区光谱特性的差异, 选择红光波长 660nm 和红外光波长940nm 作为入射光。忽略散射、反射等因素造成的衰减,按照 Lambert-Beer 定律,通过测量光线穿过手指的衰减程度来获得血氧饱和度,即:

　　动脉不搏动时,两路透射光可达到最大光强 和 ;动脉搏动时, 透射光强减小并可达到最大变化量 和 。只要测得两路透射光的最大光强和最大变化量,并定标获得 A、B 的值代入上式就可计算得到人体血氧饱和度。

　　3无线血氧测量系统设计

　　3.1 系统概述

　　整个系统由 LED 驱动电路、光敏传感器、放大滤波调理电路、nRF9E5 无线收发装置以及 PC 机组成, 如图1 所示。其中nRF9E5 是由 Nordic VLSI 公司的生产的系统级RF 芯片, 其内置nRF905 433/868/915MHZ 收发器、8051 兼容微控制器和4 输入10 位80 ksps A/D 转换器。8051 微控制器(MCU)控制LED 驱动时序使两束光交替发光。光敏传感器接收到透射光并通过前置放大将其转换为电流信号,经过进一步的放大滤波后,送至nRF9E5 内置的 A/D 转换器进行模拟信号采集,然后将数据打包通过SPI 口经nRF905 收发器发送出去, 接收端亦通过 nRF905 接收信号, 然后通过UART 发送数据给 PC 机作下一步的处理。

　　3.2 血氧检测传感器

　　透射式血氧饱和度无线测量系统所用传感器是将发光管和光敏二极管贴于人体组织的两侧,如图2 所示。

　　采用环形装置可牢固地戴在手指上,不容易松动或脱落。入射光经过手指对光的吸收后, 从另一侧接收透射光后转换为电信号,该信号包括红光信号、红外光信号和暗光信号。为提高设计电路信噪比,有效抑制干扰信号,需对两路光线进行光调制。nRF9E5 有一个可编程脉宽调制输出,PWM 可通过编程设置脉宽调制,占空比可设置在 0%-100%之间,通过引脚P0.7 输出控制 LED 驱动时序。