生活水平的不断提升，使得健康成为重中之重，人们更加注重对心血管疾病的预防。心率和血氧饱和度是对心血管健康状况进行监测的重要指标。基于这一需求，本文提出了一种基于虚拟仪器的脉搏血氧饱和度检测系统，集采集，处理，显示于一体，通过简单的指压式非侵入式检测，实现对心率、血氧饱和度的实时检测，相较于传统检测方法更加快捷，便利，并具有更高的可扩展性。本系统由上下位机两部分组成。下位机负责信号的采集与传输，其信号采集部分采用美信半导体的MAX30102光电传感器模块，先由该传感器根据光电容积脉搏波描记法(Photo Plethysmo Graphy, PPG)采集手指处红光和红外光2个通道的反射信号，经片上系统模数转换后，通过标准的I2C兼容通信接口与STM32单片机对接，将数据传输给单片机。 STM32单片机对PPG数据进行整合，并组成数据帧，通过串口传送至上位机。上位机为通用的计算机，基于NI LabVIEW编写应用程序，对下位机传送的数据进行读取，显示2个通道PPG信号的原始波形，同时，根据相关文献资料所述原理，通过PPG信号波形对心率（脉搏）和血氧饱和度进行分析计算，并实时显示结果。系统调试及实验结果表明，本文所设计的基于虚拟仪器的脉搏血氧饱和度检测系统可以有效地检测脉搏和血氧饱和度信息，基本实现了设计目标。
目 录
1. 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外发展状况 1
1.2.1 国外发展状况 1
1.2.2 国内发展状况 2
1.3 课题研究的主要内容 2
2. 脉搏血氧饱和度检测原理 3
2.1 朗伯比尔定律 3
2.2 反射式血氧饱和度检测法 4
2.3 血氧饱和度检测原理 4
3. 系统整体方案及硬件设计 7
3.1系统整体方案 7
3.2系统硬件总体设计 7
3.3 MAX30102传感器 7
3.3.1传感器参数 8
3.3.2接口说明 8
3.3.3电路原理图 8
3.3.4 典型的工作特性 9
3.3 STM32单片机 11
3.3.1单片机参数  *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: *351916072* 
11
3.3.2 I2C通信串口 11
4. 系统的软件设计 13
4.1 系统软件总体设计 13
4.2 LabWIEW介绍 13
4.3串口通信原理 13
4.4 STM32单片机程序设计 15
4.5 VISA串口程序设计 19
4.5.1 VISA函数 19
4.5.2 VISA串口程序流程图 20
4.5.3 VISA串口配置 20
4.5.4 查找帧头模块 21
4.5.5 对比帧尾及核对检验和模块 22
4.5.6 红光及红外光有效数据读取模块 23
4.5.7 波形显示模块 24
4.5.8 心率和血氧饱和度计算模块 25
4.5.9程序总框图 26
5. 系统调试和结果分析 29
5.1系统搭建 29
5.2 系统测试 30
5.3系统运行结果与分析 31
结语 35
参考文献 36
致谢 37
绪论
1.1 研究背景及意义
多年以来，心血管患病率在我国年年成线性增长，对人们造成了巨大的危害。心血管疾病对人体的危害甚大，并且死亡率极高，然而治愈率缺很低。因此预防就起着关键必要。检测心率、动脉血氧饱和度与血压值等生命特征，是辨别心脏病与高血压等心血管疾病的重要途径，在医学临床、社区医疗与家庭健康监护领域中有重大的意义。
心率映射人体心跳次数的生命特征。动脉血氧饱和度是映射人体动脉血液组织氧含量的生命指征。通常定义为动脉血液组织中的氧合血红蛋白的含量占总血红蛋白含量的百分数。及时检测血氧饱和度，是检测身体是否正常的重要手段。
因此，本课题主要考虑研究开发一种可以实现心率检测、血氧饱和度测量等功能的检测系统，本系统由上下位机两部分构成。通过光电容积脉搏波传感器对光电容积脉搏波进行采集，由串口将数据传给上位机，上位机对数据进行读取、显示，并计算血氧饱和度和心率参数，显示在主界面上。从而达到对心率、血氧饱和度等相关参数的检测，给心血管病人提供实时警报，以便患者能够及时治疗。对于改善人民健康问题以及降低心血管疾病带来的威胁，具有非常重要的意义。
1.2 国内外发展状况
健康是是人生之本。健康成为人们关注的重点，从而预防也就成为重中之重。传统的医疗检测设备笨重并且程序复杂。所以国内外对简易式设备进行相关研究。
1.2.1 国外发展状况
1932年，Nicolai和Kramer研制出了脉搏血氧饱和度测量仪。
1935年，Matthes研制了耳部血样测量探头。虽然可以达到测量血氧饱和度的目的，但是缺点也很明显，测量缓慢，操作频繁，测量精度低。1942年，Milllikan研制了耳部探头式的脉搏血样把配合度测量仪。1948年，Wood重新设计了脉搏血氧饱和度测量仪。由于对光源的要求高，无法应用于实践中。1964年，Shaw研制了八波长的自身调整的耳部血氧计。优点众多。但同时存在比较大的缺点，设备价格昂贵，体积较大，设备复杂，佩戴舒适度差以及容易损坏。1973年，Tahuo Aoyagi改进了血氧饱和度测量仪。1974年，无创式脉搏血氧仪诞生。1982年，Nellcor公司研制N100，并制定标准[1]。
1.2.2 国内发展状况
我国在研究脉搏血氧饱和度检测方面起步较晚，没有国外研究的早，但在国家的支持以及各位研究人士的领导下也紧随起步。
上交大附属医院研究了基于安卓智能手机系统的的血氧饱和度和心率检测方法，可以时刻监测血氧饱和度的变化，更加便利和可靠。广州康钰医疗器械有限公司开发的迈瑞PM50掌式血氧饱和度监测仪。上海贝瑞电子科技有限公司等都开发了多功能的血氧监测仪。
1.3 课题研究的主要内容
本文设计的是集采集、处理、显示于一体的基于虚拟仪器的血氧饱和度检测系统。先通过光电容积脉搏波传感器对指尖光电容积脉搏波进行采集，再通过标准的I2C通信接口将采集到的数值传输给STM32单片机，由单片机对数据进行合理的组织后，将数据通过串口传输给上位机。上位机基于LabVIEW编写应用程序，读取并实时显示下位机传送的数据，并根据接收到的数据实时计算心率和血氧饱和度参数显示在前面板上。本文的每个章节的工作内容如下：
第一章：绪论。介绍研究背景及意义以及国内外发展状况。
第二章：脉搏血氧饱和度检测原理。简要介绍检测原理。
第三章：系统整体方案及硬件设计。介绍系统框架,流程,外围电路所采用的器件以及电路连接。
第四章：系统的软件设计。介绍单片机和LabVIEW的程序编写框架以及其作用。

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