基于MSP430睡眠呼吸暂停监护仪的设计

    随着计算机技术和电子技术的迅速发展,近些年来,市场上已推出不同档次的动态睡眠呼吸暂停记录与分析系统,而此类仪器价格昂贵且基本需从国外进口,不适合在国内医院和患者中推广使用。所以设计一种低功耗、体积小、价格便宜的呼吸系统监护仪是十分必要的。

    1　原理

    据医学生理学原理,在肺通气阻力一定时,推动气体流动的压力越大,单位时间内气体流量就越大,当气道管径一定时,气体流速也就越大,反之亦然。

    人的呼吸途径有两个,一个是鼻腔,另一个是口腔。在呼吸时,口、鼻腔处由于气流流过而使压力发生变化。将压力传感器固定在鼻腔或口腔下方,在呼吸时,口鼻腔底部由于气流流过使压力发生变化,传感器就会将受到的压力信号转换为电信号从而得到呼吸信号,因此人体的呼吸状态可以通过检测口鼻腔处压力变化获得[3]。

    本睡眠呼吸暂停监护仪主要功能包括:

    1)电源电压、气道压力、呼吸速率信号的检测;

    2)液晶屏实时时间、呼吸速率及系统异常情况的显示;

    3)数据的上传。

    2　硬件设计

    硬件设计包括:MSP430F149、电源单元、键盘单元、信号调理单元、液晶显示单元、报警单元、PC通信单元。系统结构如图1所示。 

    2.1　MSP430F149

    通过检测与MSP430F149的P2口连接的键盘状态来设置不呼吸的电压范围参数,P6口接电源电压信号和呼吸电压信号进行A/D转换,并把转换后的数据进行处理,在液晶屏上显示呼吸状态实时波形图和呼吸速度,出现异常时通过P4口接的发光二极管和蜂鸣器报警,P3.4和P3.5接PC通信单元实现数据上传功能。

    2.2　电源单元

    采用DC12V输入电压,利用稳压芯片L7810、L7805、AS2810-33和LM317把输入电压依次转换成DC10 V、5 V、3.3 V和2 V用作传感器、液晶屏、MSP430F149和信号放大芯片的工作电压。为了减少干扰,每个芯片的电源端都加上电容进行滤波处理,另外,用MSP430F149中的P6口对单片机的工作电压和AD620的参考电压进行检测,出现异常即进行报警。

    2.3　键盘单元

    本系统用到的按键有六个,分别是:“开/关(K_on/off)”、“功能(K_ Function)”、“增加(K_ In-crease)”、“减少(K_ Decrease)”、“确认(K_ Enter)”和“报警解除(K_Relicve)”,如图3所示。“开/关”键中“开”显示呼吸暂停最大上限、呼吸暂停最小下限和初始时间,“关”清屏,“功能”键与“增加”键、“减少”键组合修改呼吸暂停上限、呼吸暂停下限和时间参数,“确认”键结束呼吸暂停上限、呼吸暂停下限和时间参数的修改,显示呼吸速度和时间,“报警解除”键用清除报警标志以解除呼吸异常或电源异常报警信号[4]。