优秀毕业设计（论文）：数字式脉搏血氧仪设计(6)

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由于氧合血红蛋白和非氧合血红蛋白对600nm以下波长光吸光系数过大，不适宜血氧饱和度测量。原理推导中要求其中一波长对氧合血红蛋白(HbO2)和非氧合血红蛋白(Hb)的吸光系数相等，该光波波长应该选在805nm左右，而该点的吸光系数随波长变化梯度较大，这样当发光管存在个体差异时，不利于调试替换。而在900nm附近的波长段，两曲线变化较缓且接近重合，所以一般将交点选在该波长段。另一光波长选在660nm波长附近，检测光附近还原血红蛋白（Hb）表现出强烈的吸收特性，该波长处光对氧合血红蛋白(HbO2)和非氧合血红蛋白(Hb)吸收系数之差近似最大。综合系统的电路设计和价格等因素，在光源设计中我们选定波长为660nm和900nm的发光二极管LED，其性能足以满足本系统的需要。 2．驱动电路

脉搏血氧饱和度检测以光电检测技术为基础，因此，周围杂散光、暗电流等各种干扰对系统影响比较大。为了克服这一问题必须在系统设计中采用光的调制技术。调制就是使光的强度、振幅、频率或相位等某一个(或几个)参数按一定规律变化。调制的任务就是要把所传输的信息以信号变化为形式载到光波上去。从信息携带与检出要求看，采用调制光携带信息可使光信号自身具有与背景辐射不同的特征，有利于和背景辐射区分开，除了抑制背景光干扰外，调制对抑制系统中各环节的固有噪声和外部电磁场干扰也有一定作用。

本系统采用脉冲振幅光调制技术，光调制在单片机控制下，按照不同频率发放两个发光管的驱动脉冲信号。脉冲调制不是传送调制信号的每一个瞬时值，而只是传送其采样值，只要采样频率足够高（按奈奎斯特采样定理，只要采样频率fs等于或大于信号最高频率的两倍），则可由采样脉冲来恢复原信号，而不会导致失真。在脉冲调制方式中，载波是周期性脉冲序列，脉冲调制首先必须将调制信号采样，然后用各采样值去控制脉冲幅度，脉冲振幅调制可看成是用一个有一定宽度的脉冲对调制信号的采样过程，也可看成是载波为脉冲序列的斩波调幅。脉冲信号的频率选定为工频整数倍以降低工频干扰，本系统的驱动频率分别选用400Hz和800Hz。

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图3-3 发光二极管驱动电路的设计

SGM3005XMS是一个供电电源在1.8V-5.5V、带有矢量端的双刀双掷开关，其接通时间为TON=16ns，关断时间TOFF=15ns，等效阻抗为0.5?。原理图如下：

图3-4 SGM3005的原理图

当RD-DRV为高电平时，COM1接NO1接电源为高电平，及RD+为高电平，驱动后面的红光二极管发光。

当RD-DRV为低电平时，COM1接NC1接地为低电平，及RD+为低电平，后面的红光二极管不发光。

同理可得红外光的发光原理。

电。

2.芯片的供电设计

1.电路板供电设计

3.2.2.2 电路板及各芯片的电源设计

接NC1悬空，但COM2仍接电源继续为系统供电。

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系统关机时，单片机给KEY_HOLD一低电平，COM2与电源断开，停止为系统供

NO1接电源，所以COM1接电源，COM2也接电源，开始为系统供电。开关断开后COM1

当系统开机时，长按下开关S1时GSM3005的IN1接高电平，即COM1与NO1相连，

图3-6 芯片的供电设计图

图3-5 电路板供电设计图

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NCP511系列是一个带有使能端的稳压器，其引脚定义如下： Vin 电压输入端 Vout 电压输出端

SHDW 是稳压使能端

NC 闲置端 G 接地

MCP1702为一常见的三端稳压器。

由于考虑到带负载的原因，经试验得到光敏感、发光管驱动电路、单片机的应该采用独立供电是系统具有更好的稳定性，得出的脉搏波形更趋于稳定，故本系统采用独立供电的方式。

3.2.2.3 串口设计及外USB座的设计

图3-7 串口通信及USB设计图

CP2102是一个高集成的USB-UART的转换控制器。这个CP2102包括USB2.0全速函数控制器、通用串口总线收发器、振荡器、EEPROM和异步串行总线等。内置USB收发器，无需外接电阻。内置时钟，不需外部晶振。内置1024ByteEEPROM来存储产品ID，系列号，电源描述和释放码等信息。并有片上上电复位功能。其供电电压的典型值为3.3V有稳压芯片MCP1702供电。

我们采用10针的USB座既实现了传统USB的数据传输功能，还能外接探头进行需氧饱和度的测量。

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3.2.2.4 外接存储设备设计及锂电池充电管理设计

M25P40是一款4M（512K*8）位的串行FLASH存储器，并带有先进的写保护机制，并附有SPI总线。

图3-8 外接存储器设计

M25P40含有8个单元，每个单元有256页，每页有256个字节共计4M位。 CLK 时钟信号

DI 在时钟上升沿数据移入，写入的可是地址、数据或说明。 DO 在时钟下降沿数据移出

CS 片选端，当为高电平时，芯片处于待机模式。为彽时，可正常运行。 TSL 写保护是为了保护向存储器特定的存储单位写入数据。

RST CS为彽时，保持位，高电平允许数据输出，低电平输出成高阻态 VCC 电源输入端 VSS 接地端

图3-9 电池充电管理电路设计

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