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用于体能训练的心率及血氧含量实时监测系统研究

作　者: 刘小冲
导　师: 陈长缨
学　校: 暨南大学
专　业: 光学工程
关键词: LED 血氧含量体能训练 MSP430单片机光电容积脉搏波
分类号: R87
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 131次
引　用: 1次
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内容摘要

对人体血氧含量及心率的监测是运动医学的一个重要课题。在红光和近红外光谱区中,生物组织的某些不同成分对光的吸收和散射表现出不同的特性。利用生物组织的光学特性进行参数测量,特别是无创测量在生物医学领域中有着极其广泛的应用前景。论文在论述了透射式血氧饱和度测定原理—Lambert-Beer定律及其方法,研究了组织中各成分对应不同波长光的吸收系数差异,推导出了氧合血红蛋白、还原血红蛋白浓度变化量与吸光度变化量之间的数学关系,并以此为依据进行监测系统的设计。在硬件设计上:(1)采用光的调制技术消除背景光的干扰,同时也抑制系统的固有噪声。(2)应用集成化的光电传感器来实现对微弱的脉搏信号的采集。(3)应用精密运算放大器,来对传感器输出的信号进行控制放大。(4)用单片机来控制其内部集成的A/D转换器对传感器输出的电压信号进行从模拟信号到数字信号的转换。(5)完成了串口设计,实现装置与PC机之间的数据通信功能。软件设计以VC++语言为平台,进行模块化程序设计,设计了血氧饱和度和心率的算法,液晶显示等模块。在PC机上对接收到的数据进行数字滤波处理,还原出人体的脉搏波形图,并在PC机上实现实时显示。最终研制出一个电路结构简单、可靠性好、抗干扰能力强、模块化,小型和低功耗的优质血氧检测模块,为体育科研、运动训练提供一种新型监测技术手段,使其能方便而且实时测量人体的运动机能参数。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
1 绪论  8-17
  1.1 研究背景及意义  8-11
  1.2 近红外光谱测量技术  11-12
  1.3 血氧饱和度的检测方法  12-14
  1.4 脉搏血氧饱和度的发展状况  14-15
  1.5 本论文的主要研究内容  15-17
2 系统测量原理  17-28
  2.1 光学理论基础  17-19
  2.2 朗伯-比尔定律  19-20
  2.3 组织对不同波长光的吸收特性  20-25
  2.4 双波长测量法的理论推导  25-28
3 系统的硬件设计  28-48
  3.1 系统的总体结构设计  28-29
  3.2 系统微处理器选型  29-30
  3.3 光源的设计方案  30-34
  3.4 探头光探测器的特性  34-38
  3.5 发光二极管(LED)的驱动电路  38-40
  3.6 信号放大滤波部分  40-44
  3.7 A/D转换模块  44-46
  3.8 LCD液晶显示部分  46
  3.9 单片机与PC机间的通讯  46-48
4 系统的软件设计  48-58
  4.1 系统软件开发系统概述  49-53
  4.2 系统的时序控制  53
  4.3 信号处理和分析部分软件设计  53-56
  4.4 利用移动平均算法处理脉搏波信号数据  56-58
5 系统实验  58-62
  5.1 测试环境  58-59
  5.2 测试结果  59-62
6 总结与展望  62-64
  6.1 全文总结  62-63
  6.2 展望  63-64
参考文献  64-67
在校期间发表的论文  67-68
致谢  68

用于体能训练的心率及血氧含量实时监测系统研究

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