便携血氧监测仪的研制~
手腕式血氧心率检测仪的设计陈天骄许有熊顾庆瑞汪纯羽杨开呈
手腕式血氧心率检测仪的设计陈天骄许有熊顾庆瑞汪纯羽杨开呈发布时间：2023-05-13T09:03:34.183Z 来源：《科技新时代》2023年5期作者：陈天骄许有熊顾庆瑞汪纯羽杨开呈[导读] 市面上的心率血氧检测仪多为耳夹式或指夹式,穿戴不方便,使用者无法在运动、工作或睡眠中无障碍实时监测心率、血氧饱和度等生理参数。
为此,提出了一种基于STM32微处理器和Android系统的手腕式心率血氧检测仪,采用JFH141多光谱生理数据测量模块实时采样,通过光电容脉搏波描记法和反射式血氧测量方法得到转换后的心率、血氧参数,利用蓝牙技术构建无线传输网络,以KEIL搭建的软件程序,以AppInventor搭建的AndroidApp上位机软件,实现了在手腕处检测血氧及心率等生理参数,并将参数实时上传至上位机进行分析以及预警的功能。
南京工程学院 211167摘要：市面上的心率血氧检测仪多为耳夹式或指夹式,穿戴不方便,使用者无法在运动、工作或睡眠中无障碍实时监测心率、血氧饱和度等生理参数。
为此,提出了一种基于STM32微处理器和Android系统的手腕式心率血氧检测仪,采用JFH141多光谱生理数据测量模块实时采样,通过光电容脉搏波描记法和反射式血氧测量方法得到转换后的心率、血氧参数,利用蓝牙技术构建无线传输网络,以KEIL搭建的软件程序,以AppInventor搭建的AndroidApp上位机软件,实现了在手腕处检测血氧及心率等生理参数,并将参数实时上传至上位机进行分析以及预警的功能。
实验表明,该设计既能保留完整脉搏信息又能最大程度抑制运动干扰和血流灌注的影响,实现无监督状态下血氧及心率准确有效的检测及预警。
关键词：手腕式；血氧饱和度；心率检测；PPG引言：随着我国经济的飞速增长,人们的消费意识与健康意识相应增强,对医疗产品的消费量也不断增加。
手腕式血氧心率检测仪是一种佩戴于腕部进行血氧饱和度与心率检测的可穿戴医疗设备,相较于传统的有创血氧饱和度检测方案,无创的设计更利于人们的日常使用,也更加卫生、可靠,相较于耳夹式、指夹式等检测设备,腕式检测设备使用更加方便,应用场景更加广阔。
便携式低功耗可穿戴心率血氧监测系统的设计
便携式低功耗可穿戴心率血氧监测系统的设计作者：吴全玉贾恩祥戴飞杰张文悉王烨刘晓杰来源：《江苏理工学院学报》2020年第04期摘要：心率、血氧和体温都是人体重要的生理信息，设计出体积小和便携式的系统测量装置，将会有较大的社会和临床经济效益。
尝试以STM32F103C8T6为控制器，设计一种便携监测设备。
通过MAX30102、GY-MCU90615模块采集心率血氧及体温数据，经蓝牙模块将数据发送到Android智能机解析显示，实现了基于Android系统的心率、血氧、体温监测系统。
经测试验证，该采集系统工作稳定可靠。
关键词：心率血氧检测; 体温检测; STM32F103C8T6; Android;蓝牙通讯中图分类号：R318.04;TN929.53 文献标识码：A 文章编号：2095-7394（2020）04-0053-09心率和血氧饱和度是人体重要的生理指标[1]，反映了人体的健康状况。
随着信息技术的发展，智能健康佩戴设备普及度大幅提升[2-5]。
薛俊伟等人设计了一种基于蓝牙低功耗技术的可穿戴血氧饱和度监测设备，能够连续检测人体血氧饱和度和脉率[6]，具有低功耗和可穿戴等特点，但是当模拟仪输出血氧饱和度低于75%时，设备的检测精度受到影响。
张政丰等人针对现有可穿戴设备的心率检测方法进行了研究，发现不同活动状态下人体的心率变化很大，但是没有给出相应的App程序进行实时的检测[7]。
徐盼盼等人介绍了一种基于TI公司 AFE4400集成芯片的血氧模拟采集电路，他们的研究主要是简化了电路设计、降低了系统功耗和减小了电路尺寸，提高硬件的便携性，但在整个系统网络操作开发方面略显不足[8]。
随着网络云平台技术的发展，一些具有检测人体生理参数功能的产品也在向可穿戴和网络实时监测等方向发展。
如小米公司的可穿戴产品“小米手环”，可以提供高精准的心率、睡眠质量监测;国内一些厂家生产的低成本指夹仪，可以进行血氧饱和度和心率的检测，并通过OLED屏显示数据。
指甲式血氧仪工作原理
指甲式血氧仪工作原理血氧仪是一种日常测量血氧饱和度的仪器，它一般用来检测血氧饱和度。
指甲式血氧仪，又称指甲式血氧监测器，是一种新型的无创测量仪器。
它以指甲为测量点，非常小巧，十分便携，不仅可以测量血氧饱和度，还可以测量心率。
指甲式血氧仪使用光学原理测量血氧饱和度，是一种多光子光度的测量技术。
它使用了可见光谱和near-infrared谱，利用将两条光谱弱吸收光谱相减的方式，计算出血氧饱和度。
具体来说，指甲式血氧仪的原理是：它的光源射出的红外线和可见光，照射在指甲上，某些波长的光能够透过指甲，没有被吸收；另一些波长的光则被吸收，据这种光学效应，血氧含量高时，指甲对光的吸收量就较小，反之，血氧含量较低时，指甲对光的吸收量就较大。
指甲式血氧仪通过捕捉被指甲吸收的光谱和穿过指甲的光谱，结合硬件和算法计算出血氧含量。
使用指甲式血氧仪检测血氧饱和度，有几个优点：1.测量简单：只需将指甲式血氧仪放在指甲上，指甲上的光被血氧仪检测，能迅速准确的检测出血氧饱和度，操作简单便捷；2.测量便携：指甲式血氧仪小巧，便携，容易携带，且重量轻；3.测量无创：指甲式血氧仪是一种无创测量，操作安全，无需穿戴DT检测装置，只需放置指甲式血氧仪就可以轻松检测血氧饱和度。
在原理上，指甲式血氧仪采用光学原理测量，通过捕捉被指甲吸收的光谱和穿过指甲的光谱，结合硬件和算法计算出血氧含量，可以获得较为准确的结果，且检测过程安全无创，并且结果比较准确，这对于病人来说不仅安全可靠，而且也便捷方便。
以上就是指甲式血氧仪工作原理的介绍。
指甲式血氧仪的使用，不仅使得检测血氧状况变得更加简单便捷，而且还可以检测出血氧含量，为我们提供了准确可靠的检测数据。
它已成为检测血氧饱和度的日常检测方法。
一种抗干扰穿戴式血氧饱和度监测仪的研制
能有效 及时 的判 断士兵是 否存 在 因战创 伤导致 的张
力性气 胸或 窒息 的情 况 的发生 ， 于尽 快 的 采取 营 便
的反 应人体 循环护 方 面 发 挥 着 积 极 的作 用 … 。现
今， 无创 血氧 检测方 法 已得 到 了很好 的发 展 ， 传统 从 的透射 式检 测方 法逐 渐 发展 到反 射 式 血氧 检 测 ＿ 、 ２ ］ 便 携式 血氧 检测 以及集 成 了无 线模 块 的血氧检 测设 备 ｌ 。但 由于 结构 、 ３ ］ 功耗 及 运 动 干扰 等 因素 的影 响
关键 词 ： 血氧饱和度： 反射式： 运动干扰 ： 动态监测
中 图分类号 ： Ｐ １ ． Ｔ ２ ２９
文献标 识码 ： Ａ
文章 编号 ：０ ４ １９ （ ０ ２ ０ — ０ ６ ０ １０ — ６ ９ ２１ ）１ ０ ０ — ５
血氧饱 和度 表征 了人 体 血液 的含 氧量 ， 能有 效
第 １期
龚渝顺 ， 宝明 ， ： 种抗 干扰 穿戴 式血氧 饱和度 监 测仪 的研 制 吴 等 一
７
动 的前 提 下进行 血氧信 息 的采集 。通 常 的透 射式 血
氧检测 方 法血 氧探 头 只能 放 置 于 手指 或 耳 朵 上 ， 对 于运 动状 态 的检 测 来说 ， 头 不 易 固定且 极 大 影 响 探 人 的 日常 生活 ， 法 满 足动 态 血 氧监 测 的要 求 。而 无 反射 式血 氧检测 方 式 不受 探 头 安 放 部位 的 限制 ， 可
Ｅ ＡＣ ７ ３ Ｅ Ｃ：２ ０
ｄ ｉ１ ．９ ９ ｊ ｉ ｎ １０ — ６ ９ ２ １ ． １ ０ ２ ｏ ：０ ３ ６ ／ ．ｓ ．０ ４ １ ９ ． ０ ２ ０ ． ０ ｓ
便携式多参数监护仪的研制与开发
便携式多参数监护仪的研制与开发作者：罗剑雷勇涂国强侯海军来源：《现代电子技术》2008年第13期摘要：便携式多参数监护仪在医院、急救和家庭监护系统中扮演着越来越重要的角色。
系统以Intel XScale 处理器的嵌入式平台作为数据处理和显示平台,脉搏信号的采集端通过无线射频集成芯片nRF905与嵌入式平台实现数据通信。
在硬件上实现了光传感器的双光束时序控制、数据采集和无线通信,在嵌入式平台上运用了数字信号处理算法和计算脉率、血氧饱和度的算法,有效地克服了测量信号的噪声干扰。
关键词：血氧饱和度；脉搏；C8051；Windows CE；无线射频通信——Pulse Oximeter(School of Electrical Engineering and Information,Sichuan University,Chengdu,610065,China)Abstract：The portable multiparameter monitor plays a more and more important part in the fields of hospital,first-aids and home security.The central platform used to process and display data is based on the processor of Intel XScale.The pulse signals transfer between measure end and central platform with radio frequency communication.For the hardware,the system achieves controlling sequence of two beams of light of light sensor,sampling data and wireless communication.For the central platform,using the arithmetic of digital signals process,calculating pulse rate method and oxygen saturation to overcome the signal noise and interference effectively.Keywords：oxygen saturation;pulse;C8051;Windows CE;radio frequency communication1 引言现在多参数监护仪已经在医院护理和急救系统中得到广泛的应用。
有氧运动血氧监测仪的研制
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有氧运动血氧监测仪的研制
作者：彭检登艾信友陶思露李小海
来源：《科技创新与应用》2013年第07期
摘要：在运动过程中，实时监测血氧饱和度能大幅度的提高运动员的锻炼效率。
本文设计了一种基于STC89C52单片机的便携式脉搏血氧监测仪。
通过对光源切换，电流电压转换，电压放大，调零及滤波，电压跟随器处理后的脉搏波信号送到12位ADC采样转换成电信号，然后用单片机处理数据得到血氧饱和度。
该系统具有无创、便携及实时监测的特点。
关键词：血氧饱和度；有氧运动；便携式；单片机。
便携式睡眠血氧监测系统的设计及实现
便携式睡眠血氧监测系统的设计及实现收稿日期：2018-11-15基金项目：重庆大学教改项目（2016Y35，2016Y36，2017Y66），重庆市2017教改重大项目（171003）作者简介：赵晓明（1982-），男，汉族，山西晋中，硕士，实验师，主要研究方向为生物医学仪器设计、医学信息检测与处理。
整夜的血氧监测对于初筛一些慢性疾病具有重要的应用价值，ODI 4定义为在每小时睡眠过程中，血氧饱和度值下降≥4%的次数。
国内外的相关研究指出：ODI 4是SAHS 较好的筛查指标，能够较好地反映SAHS 严重程度，选用适当的ODI 4标准对SAHS 患者具有较高诊断价值[1]，单纯的血氧监测在国内被认为是一种简易的SAHS 初筛诊断方法[2]。
因此，本文旨在设计一套可对血氧进行连续监测、并对SAHS 等疾病进行初筛的便携式睡眠血氧监测系统。
一、系统的整体设计架构便携式睡眠血氧监测系统设计主要由基于单片机便携式睡眠血氧监测软硬件设计和基于PC 机数据可视化分析软件设计构成，系统整体架构图如图1所示。
赵晓明，何伟，廖彦剑，胡宁（重庆大学生物工程学院现代生命科学实验教学中心，重庆400030）摘要：基于无创光学技术血氧检测，针对整夜血氧数据的获取、数据的可视化分析和氧减饱和度指数（O-DI 4）参数的计算，提出了一套包括便携式睡眠血氧监测和数据可视化分析软件的系统解决方案，对系统的各项指标进行测试，满足对睡眠呼吸暂停低通气综合征（SAHS ）等疾病的初筛要求。
关键词：血氧饱和度；数据可视化；氧减饱和度指数中图分类号：G642.423文献标志码：A文章编号：1674-9324（2019）36-0203-02【学法指导】图1系统整体架构图及系统实物系统整体功能指标要求如下所示：（1）睡眠监测数据的读取和储存。
（2）整夜监测数据变化曲线的绘制。
（3）睡眠血氧医学参数的计算，主要包括：最低血氧饱和度（LSpO 2）、平均血氧饱和度（MSpO 2）、血氧饱和度低于90%占有效记录时间的百分比（TS90%）、睡眠过程中每小时血氧饱和度值下降≥4%的次数（ODI 4）。
指夹式血氧仪标准
指夹式血氧仪标准
指夹式血氧仪是一种用于监测血氧饱和度的便携式医疗设备。
其标准主要包括以下几个方面：
1. 测量准确性：指夹式血氧仪应具有较高的准确性和重复性，临床实验表明其测量结果与实验室设备相符。
2. 设备性能：指夹式血氧仪应具有较小的体积、低功耗、易于携带等优点，以满足患者和医疗机构的需求。
3. 测量原理：指夹式血氧仪应采用光电传感器，通过测量红光和红外光在人体指端的吸收量，计算血氧饱和度。
测量原理应基于动脉搏动期间光吸收量的变化来进行计算。
4. 测量指标：指夹式血氧仪应能测量血氧饱和度、脉率和灌注指数（PI）。
血氧饱和度是反应人体是否缺氧的重要指标，正常值应在95%-100%之间。
5. 操作简便：指夹式血氧仪的使用方法应简单易操作，让患者和医护人员能够方便地掌握。
6. 安全性：指夹式血氧仪应具有足够的安全性，避免对患者造成伤害。
同时，设备应具备一定的抗干扰能力，以保证测量结果的准确性。
7. 数据存储和传输：指夹式血氧仪应具备数据存储功能，以便患者和医护人员查看、分析测量结果。
此外，设备应具备数据传输功能，以便将测量结果上传至医疗机构的信息化系统。
8. 售后服务：指夹式血氧仪的生产企业应提供完善的售后服务，包括设备维护、维修和配件供应等，以确保设备的正常运行。
综上所述，指夹式血氧仪的标准涵盖设备性能、测量准确性、操作简便性、安全性、数据存储和传输等方面。
符合这些标准的指夹式血氧仪可以更好地服务于患者和医疗机构，提高医疗保健水平。
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分类号密级U D C 编号本科毕业论文(设计)题目：便携血氧检测仪的研制学院专业名称年级学生姓名学号指导教师二〇一七年五月摘要人体的血氧信息和脉搏信号是衡量人体健康状况的两个重要参数，是维持人体生命活动的重要前提。
因此不管是在突发的紧急情况还是医疗领域甚至运动保健等生活中的常见场景下，对血氧和脉搏信号的测量和监测都显得至关重要。
本设计以51单片机为核心，主要包括光电传感器采集模块，数模转换器模块，LED显示模块和蓝牙模块以及手机端。
单片机是一种集成多种功能的微控制器，在我们日常生活中的各个领域的应用都相当普遍。
指套式光电式传感器的物理基础是光电效应，精度高、反应快且非接触，能在各种光电检测系统中实现光电转化。
由发光二极管和光敏二极管组成，能够有效采集人体信号，为人体的血氧和脉搏信息的提取和分析提供良好的数据来源。
通过单片机结合光带传感器测量人体的血氧和脉搏数据，并且能够实现在手机端的实时监测，这一设计将会对患有血管或呼吸系统疾病的病人、60岁以上的老年人、进行极限运动长期酗酒等人群带来福音，及早发现危险，减少意外发生。
关键词：单片机血氧检测仪AbstractThe blood oxygen information and pulse signal of human body are two important parameters to measure the health status of human beings, and they are the important premise to maintain the human life. Therefore, the measurement and monitoring of blood oxygen and pulse signals are very important, whether in emergency situations or in the medical field, or even in the common situations of sports, health care and so on.The design of the 51 single-chip microcomputer as the core, including photoelectric sensor acquisition module, digital to analog converter module, LED display module and Bluetooth module, as well as mobile terminals. SCM is a micro controller integrated with various functions. It is widely used in every field of our daily life. The physical basis of the fingertip photoelectric sensor is the photoelectric effect, high precision, fast response and non-contact, can realize photoelectric conversion in photoelectric detection system. It is composed of light emitting diode and photosensitive diode, which can effectively collect human signals, and provide a good data source for the extraction and analysis of human blood oxygen and pulse information.With the band sensor measuring the body's oxygen saturation and pulse data through the microcontroller, and can achieve real-time monitoring in the mobile phone terminal, the design will have vascular or respiratory disease patients, 60 years of age or older, extreme sports long-term drinking crowd to bring the gospel, early detection of risk, reduce accidents.Key words:Single chip, Oximeter目录第1章引言 (3)1.1项目开发的背景 (3)1.2项目开发的意义 (3)1.3项目开发的目标 (3)第2章技术基础介绍 (5)2.1单片机介绍 (5)2.2红外测血氧模块介绍 (5)2.3基本配置介绍 (6)2.3.1硬件介绍 (6)第3章产品的需求分析及总体设计 (9)3.1可行性分析 (9)3.2需求分析 (9)3.3总体设计 (10)第四章系统设计 (10)4.1硬件设计 (10)4.1.1单片机部分 (10)4.1.2蓝牙4.1.3血氧检测模块4.2软件设计 ....................................................................... 错误！未定义书签。
4.2.1软件编程 (13)4.2.1.1蓝牙传输模块代码4.2.1.2采集算法4.2.2算法设计 (14)第5章系统实现 (16)第6章总结与展望 (16)6.1总结 (16)6.2展望 (16)参考文献 (17)致谢 (18)第1章引言1.1项目开发的背景人类维持生命是需要人保持体内有充足的氧气供应，长期缺氧后果很严重，会直接导窒息、休克、死亡等悲剧的发生。
人体内负责运载氧气的是血液中的红细胞，而血氧仪是能够测试血液中氧气的含量。
血氧仪的作用主要就是通过监测动脉中携带氧的血红蛋白与不携带氧的血红蛋白的比例，将血氧浓度回馈给我们，可以及时补氧，减少疾病的发生。
最初的一台血氧饱和度仪由Millikan在20世纪40年代开发，它监测动脉中携带氧的血红蛋白与不携带氧的血红蛋白的比例，测试的过程通常不需要从病人身上抽血。
通常的血氧仪也可以显示病人的脉搏。
按照Beer-Lambert定律，比值R/IR与动脉血氧饱和度(SaO2)的函数关系应为线性关系，但由于生物组织是一种强散射、弱吸收、各向异性的复杂光学系统〔2～4〕，不完全符合经典的Beer-Lambert定律，因而导致了表达红光和红外光吸亮度相对变化测量值(R/IR值)，与动脉血氧饱和度(SaO2)之间关系的数学模型建立困难。
只能通过实验的方法来确定R/IR与SaO2的对应关系，即定标曲线，大多数脉搏血氧仪生产厂家都以实验方法获取经验定标曲线以完成产品出厂前的预定标。
1.2项目开发的意义大多数基于近红外激光光谱技术的人体组织血氧仪至少包含一个主控制面板和一个光学传感器(也称为光学探头)和一组多路光缆，光学传感器通过该光缆连接到主控制台。
这种结构的血氧仪很不方便用于许多临床手术和病理诊断。
许多临床和病理应用需要尺寸小、便于携带的近红外激光组织血氧仪。
这些应用包括但不限于在个人在家、高原野夕卜、医疗现场检测和监测人体组织的血氧饱和度，比如对高原反应的诊断，对运动、压力和环境对大脑所产生影响的评估等等，因而具有很大的局限性，在发生突发事件和情急情况时无法满足需求。
因此，研制出一款便携式的血氧检测仪的需求十分紧迫，本设计所研制的便携式血氧检测仪方便携带，操作简单、功能强大且成本低廉，将能够大量应用于普通家庭、医院、社区医疗、运动保健等日常领域当中，能够在紧急情况和突发事件发生时尽早检测出血氧浓度和脉搏的变化情况，将能够有效避免意外的发生。
对全社会的医学领域乃至整个人类的健康发展都具有十分重要的意义和积极的影响，促进社会和谐。
1.3项目开发的目标人体所消耗的氧主要来源于血红蛋白（在正常的血液中存在四种血红蛋白：氧合血红蛋白（HbO2）、还原血红蛋白（Hb）、碳氧血红蛋白（CoHb）、高铁血红蛋白（MetHb）。
其中与氧气做可逆性结合的是还原血红蛋白，与氧气不相结合的是碳氧血红蛋白和高铁血红蛋白。
）所携带的氧。
通常称血液中氧含量即指血液中氧合血红蛋白的多少，用血氧饱和度这个物理量来描述血液中氧含量的变化。
血氧饱和度是指在全部血容量中被结合O2容量占全部可结合的O2容量的百分比。
本设计以51单片机为核心，还包括光电传感器采集模块，数模转换器模块，LED 显示模块和蓝牙模块以及手机端。
本设计的大体目标如下：光电传感器采集人体的血氧信息，通过数模转换器对数据进行处理后传送至单片机，单片机对接收到的数据进行分析和处理，将处理后得到的血氧信息和脉搏信息通过LED显示屏显示出来，并将检测数据由串口传至上位机，最终通过无线蓝牙传送到智能手机端，实现实时检测，能最大程度减少意外发生。
第2章技术基础介绍2.1单片机介绍单片机又称微控制器，将能够实现各种功能的硬件接口集成在一块芯片上，功能十分强大，往往能够完全融入应用系统之中，故也被称为嵌入式控制器。
单片机的基本结构分为两种形式：冯诺依曼结构和哈佛结构，两者的根本区别在于程序和数据存储器所用的存储空间是否分开，即是否分别寻址。
根据数据总线的宽度，单片机又可分成4位单片机、8位单片机、16位、32位单片机等。
单片机所具有的功能强大、功耗极低且物美价廉等诸多优势为单片机带来了极快的发展速度和极广的应用范围。
其主要特点如下：1、可靠性强由于芯片是根据工业测控领域的需求设计而成，抗干扰能力很强。
且许多信号的通道都在一个芯片内，可使系统运行稳定。
而且，单片机的系统软件固化在ROM内，稳定性较强。
2、片内存储容量较小单片机的高集成度实现了很小的片内存储容量，ROM通常低于8KB，RAM 通常低于256B，不过都可以在外部进行容量扩展，最大可扩展到64KB。
3、便于扩展片内存储容量的限制决定了片内只能容纳满足计算机正常运行需求的必要元件，故片外有许多引脚都具备扩展功能。
4、控制功能强单片机所具有的控制指令十分丰富，5、实用性好单片机功耗低、结构简单、成本低且方便实现产品化，故具有很好的实用性。
2.2红外测血氧模块介绍血氧仪采用无创式测量红外技术测量手指、脚趾、耳朵，这是最常见的测量血氧的地方中的氧气含量，测量对象更准确的叫法是血氧饱和度，即SpO2，并将所测试出来的结果以数字形式表示,主要显示的是实际含氧量下全氧饱和度的比值,一般用百分比表示,人体分健康的典型血氧饱和度为90～100%,但最低也可以过到60%。