基于MSP430F149和nRF905的无线血氧指夹的设计

分享到: 微博; QQ; 微信; LinkedIn

　　0 引言

　　血氧饱和度可以反映病人的呼吸功能，并在一定程度上反映动脉血氧的变化，故在临床监护和家庭监护中都具有重要意义。用常规多参数监护仪监护血氧饱和度时，通常用一个血氧指夹夹在手指端或者脚趾端来采集光电脉搏波信号，并通过一条线缆将信号传到监护设备进行处理和计算。由于线缆的影响，病人往往不便翻身，而且线缆容易脱落，造成测量结果错误，严重危害病人的及时抢救。单模块的血氧饱和度测量设备虽然便于携带，但由于其功耗较高，采用电池供电限制了监护的持续时间：一般此类设备只能将监护信息存储在设备内部，而无法把监护信息及时发送出去，耽误病人的抢救时间。为此，本文提出了一种基于射频芯片nRF905和超低功耗单片机MSP430F149的血氧饱和度指夹的设计方法，旨在实现没有线缆，超长时间监护和及时发送监护信息等监护功能。

　　1 无创血氧饱和度测量原理

　　血氧饱和度(SpO2)是血液中被氧结合的氧合血红蛋白(HbO2)的容量占全部可结合的血红蛋白(Hb)容量的百分比，即血液中血氧的浓度，它是呼吸循环的重要生理参数。而功能性氧饱和度(SaO2)为HbO2浓度与HbO2+Hb浓度之比。因此，监护中常用SaO2来估计SpO2的水平。SaO2的理论计算公式如下：

　　其测量方法一般以朗博一比尔定理为基础，利用血液中不同成分的吸光率的不同，采用红光和红外光分别照射组织，并通过测量透射光的强度来计算血氧饱和度的值。其公式如下：

　　式中，△I'max为红外光的交流分量的最大值，I'max为红外光的直流分量的最大值，△Imax为红光交流分量的最大值，Imax为红光直流分量的最大值。本系统采用的是660 nm的红光和940 nm的红外光。

　　2 系统总体设计

　　图1所示是本系统的总体结构框图。本无线血氧指夹以MSP430F149微控制器为主控芯片，用单片机的I／O接口来驱动发光二极管。系统采用迈瑞公司生产的手指端血氧指夹，指夹的输出量为电流信号，可用于反映透射光光强。该电流信号经过电流一电压转换、放大、滤波等信号调理后，可转换为脉搏波信号，最后由MSP430F149内置的12位ADC采样进入单片机进行处理，并通过计算得到血氧饱和度值，将该值打包后由单片机发送到nRF905模块，然后通过天线发送出去。

本系统的总体结构框图

　　3 无创血氧指夹的硬件电路

　　3．1 信号采集和调理电路

　　本系统的信号采集使用迈瑞公司生产的ND78108494手指端血氧指夹，该指夹内部有红光和红外光发光二极管各一个，采用反向对接的方式进行连接；另外有光敏二极管一个，可用以将光强转化为电流强度。

　　信号调理电路包括电流一电压转换电路、放大电路、滤波电路和电压范围调整电路共4部分，输出是较为光滑的脉搏波信号。其中电流一电压转换和放大电路如图2所示，图3所示是其滤波和电压调整电路。

电流一电压转换和放大电路

滤波和电压调整电路

　　3．2 射频电路

　　nRF905射频芯片是Nordic公司采用VLSIShoctBurst技术开发的产品，能够提供高速的数据传输而不需要昂贵的高速MCU来进行数据处理／时钟覆盖。通过将与RF协议有关的高速信号处理放到芯片内，nRF905可提供给微控制器一个SPI接口，其速率由微控制器自己设定的接口速度决定。通过SPI接口进行编程配置，可以实现很低的电流消耗。在发射功率为-10 dBm时，发射电流为11 mA，接收电流为12．5 mA，且进入PowerDOWN模式后，还将更加节电。

　　3．3 控制电路

　　控制芯片选用TI公司的超低功耗单片机MSP430系列中的MSP430F149，该型号的单片机具有功耗超低，可支持C语言开发等优点。同时具有非常强的处理能力，其速率最高可以达到2MIPS，且内部自带12位的ADC。是一款功能丰富，运算能力强大的单片机。图4所示是由MSP430F149构成的射频控制电路。

由MSP430F149构成的射频控制电路

　　4 系统软件流程及测试结果

　　图5给出了本系统的软件流程图。笔者用该方案的无线血氧指夹对成人进行了测试。受试者为一健康成年男性。实验从手指端采集脉搏波，事实上，经过信号调理电路处理后的脉搏波干扰较小，细节丢失较少，完全可以用于血氧饱和度的测量。

本系统的软件流程图

　　将所采集的脉搏波经AD采样后送入单片机再通过一系列计算，最后系统返回的血氧饱和度的值为99％，该结果与采用迈瑞公司生产的PM－8000便携式监护仪测量的结果完全一致，说明本系统基本达到了预期要求。

　　5 结束语

　　本文给出了一种基于MSP430F149和nRF905的无线血氧指夹的硬件电路和设计方法。该指夹能够实现无线监护功能，一方面，它能够克服连接线缆带来的诸多问题，另一方面，它也使得家庭监护和随身监护更有可能实现。由于本系统具有低功耗等优点，可在电池供电条件下实现超长时间的监护，因此，更容易发现偶发的病症。

关键字：MSP430F149 nRF905 无线血氧指夹引用地址：基于MSP430F149和nRF905的无线血氧指夹的设计

上一篇：基于CC430设计的超低功耗MCU射频应用方案
下一篇：如何将MSP430单片机中的long数据烧写至Flash中去

推荐阅读

2018年10月10日 | 自动驾驶带火毫米波雷达市场芯片企业应寻求差异化之路

随着自动驾驶、ADAS（高级驾驶辅助系统）等概念的普及，作为核心零部件的毫米波雷达市场需求也进入快速上升通道。在2016年中国汽车工程学会年会上发布的《节能与新能源汽车技术路线图》指出，2020年我国驾驶辅助/部分自动驾驶车辆市场占有率将达到50%左右，2030年将达到80%。2020年按平均每辆车装配3颗毫米波雷达（2颗短距离+1颗长距离），预计新车的毫米...

2019年10月10日 | 为什么LG开始大力攻击三星QLED电视？

LG与三星的高端电视之争愈演愈烈，LG近期再掀一波新攻势，推出长达75秒「快速分辨LED与OLED电视」广告，整个视频有一半以上的时间强调LED电视的缺点，针对三星电子高端产品「QLED电视」的意味浓厚。LG日前才在欧洲最大消费性电子展IFA 2019上主张，三星电子的8K电视机未达到国际标准。韩媒《朝鲜日报》指出，两大品牌不仅在国际级展会上竞争，更将战线拉...

2020年10月10日 | 三星处理器系自家先进制程的试水者

华为哈勃投资半导体激光器芯片研发企业源杰半导体近日，企查查显示，哈勃科技投资有限公司新增对外投资。哈勃科技投资有限公司投资陕西源杰半导体技术有限公司。据源杰半导体官网显示，陕西源杰半导体技术有限公司成立于2013年，是一家自主研发、生产和销售从2.5G到10G的半导体激光器芯片的高新技术企业。集微点评：华为与小米投资产业链持续进行时，华为...

2021年10月10日 | 京东方：今年专利申请超4500件，聚焦OLED、传感等领域

据京东方微信公众号消息显示，今年以来，京东方专利申请超4500件，其中发明专利超90%，海外专利超33%。另外，京东方在OLED、传感、人工智能、大数据等领域专利申请占比超50%；新增授权专利超3900件，其中海外授权专利超1200件。据悉，京东方发布的业绩预告显示，预计2021年前三季度归属于上市公司股东的净利润198.62亿元-200.62亿元，同比增长702%-710%。...

史海拾趣

Altus Technology Inc公司的发展小趣事

在激烈的市场竞争中，Altus始终坚持品质至上的原则。公司建立了严格的质量管理体系，从原材料采购到生产过程的每一个环节都进行严格的控制和把关。此外，Altus还注重客户反馈和需求，不断优化产品和服务，以满足客户的个性化需求。这些举措使得Altus的产品在市场上赢得了良好的口碑和客户信赖，为公司的长期发展奠定了坚实基础。

Green Power Solutions公司的发展小趣事

找到需要更换的电子管，并按照说明书或电路图上的标识进行拆卸。注意记录每个电子管的位置和连接方式，以便后续安装。

Hi-Tech Resistors Pvt Ltd公司的发展小趣事

找到需要更换的电子管，并按照说明书或电路图上的标识进行拆卸。注意记录每个电子管的位置和连接方式，以便后续安装。

Bkc Semiconductors Inc公司的发展小趣事

在快速发展的同时，Bkc始终坚持质量第一的原则。公司建立了严格的质量管理体系，从原材料采购到产品生产的每一个环节都进行严格把控。通过不断提升产品质量和客户服务水平，Bkc逐渐赢得了客户的信任和市场的认可。同时，公司还积极参与行业标准的制定和推广，进一步提升了品牌的影响力和行业地位。

E-T-A Circuit Breakers公司的发展小趣事

E-T-A公司自1948年由Jakob Ellenberger和Harald A. Poensgen创立以来，一直由该家族掌管。尽管公司已经发展成为一个国际性的企业，但家族第二代和第三代领导人仍然保持着对公司的掌控和管理。他们秉承了家族的创业精神和价值观，坚持以客户为中心，以技术创新为驱动，不断推动公司向前发展。在家族传承的推动下，E-T-A公司得以保持其独特的企业文化和核心竞争力，在电子行业中持续领跑。

CML公司的发展小趣事

在完成了数十年的成功发展后，CML并未满足于现状。公司开始着手制定面向未来的战略规划，旨在继续保持在半导体行业的领先地位。CML加大了对新兴技术的研发投入，如人工智能、物联网等领域，积极探索新的应用场景和市场机会。同时，公司还加强了与国际同行的合作与交流，不断提升自身的技术水平和市场竞争力。通过这些努力，CML为未来的发展奠定了坚实的基础，展望着更加辉煌的未来。

以上是基于CML公司发展历程的五个可能故事。请注意，这些故事虽然基于事实进行构建，但并非真实的历史记录。如需了解更多关于CML公司的具体发展历程和故事，建议查阅相关文献或访问公司官方网站。

问答坊 | AI 解惑

求助MEP-100A通用编程器问题我有一台新MEP-100A通用编程器，一直没用。最近连接上PC，打开软件总提示没连接上MEP-100A。软件是DOS版的。我用WIN98、WIN2000、WINXP，在三台PC上都试过，情况一样。PC串口用串口鼠标试过，正常。两种串口线，一种直连、一种5-5 2-3& ...… 查看全部问答∨	厦华等离子自检方法 1.PS42D8/PS42D810CZV2)屏自检方法 ①.将电源板的CN802的插座从左起的第3/第4脚连接起来；5 \\1 ?3 C9 x2 `( x ②.将厦华的制造的电路板部件全部拆掉；! W& R! ?+ _8 \|# s8 m, v$ {5 @! u# _ ③.将三星公司的逻辑电路板上的SW2001的开关拨成1. ...… 查看全部问答∨
谁有cc2000.exe 这个软件？要调试F206程序，没有调试工具，谁能发一个？… 查看全部问答∨	怎么我不来，其他人也不发言了？这两天因为有事，没来这里发言，结果发现也没其他人发言了。以前从来没有觉得自己这么重要，也不知真的是自己重要还是巧合？我正在酝酿写一个小系列，这两天实在太忙了，我会尽快打出第一 ...… 查看全部问答∨
检测电源剩余量我现在想检测我终端设备的电池剩余量并将它显示出来，我用的是WinCE的操作系统，我的程序如下： SYSTEM_POWER_STATUS_EX spse; GetSystemPowerStatusEx(&spse, TRUE); CString power = spse.BackupBatter ...… 查看全部问答∨	2440 camera 驱动无法读取数据各位大侠，小弟是第一次发帖，还请各位多多指教！最近在linux2.6下开发基于S3C2440的camera驱动，视频数据通过lcd显示，现在的问题是camera数据无法显示到lcd上面，可以确定lcd驱动是正常的；现贴出一些相关程序： #define VIDEOMEMSIZE &nb ...… 查看全部问答∨
销售收入突破10亿元公司高薪诚聘以下职位销售收入突破10亿元公司高薪诚聘以下职位 VC工程师待遇在8k 精通VC++ ，熟悉SQLServer数据库和基于socket网络编程；有数控系统人机界面开发经验者优先考虑。硬件开发工程师待遇在8k 岗位一：有电机控制项目5年以上开发经验，熟 ...… 查看全部问答∨	家用恒温控制器文介绍的家用恒温控制器，其温度调节范围为30-60℃，可用作家庭制作酸奶、面粉发酵及其他方面的保温。工作原理该恒温控制器电路由温度传感器、差分放大器、矩形波发生器、脉宽调制器、执行和电源等部分电路组成 ...… 查看全部问答∨
关于ti的芯片命名（dm642），求助我从市场上买来的dm642型号为：tms320dm642agdk,芯片上没有代表主频的数字，并且A的位置也于手册上的命名规则不符 dm642手册上给出的命名规则是： TMS 320 DM642 GDK A 500 能告诉我我买的芯片是500Mhz，还是600Mhz的吗？ … 查看全部问答∨	招Vxworks兼职讲师本单位招兼职Vxworks讲师,要求有一定项目经历，表达能力强，待遇高，日结，有意者请与我联系。地点北京，上海，成都，广州，大连等地， QQ：1489302364，邮件：hailang869@163.com ，罗先生… 查看全部问答∨

小广播

求助MEP-100A通用编程器问题我有一台新MEP-100A通用编程器，一直没用。最近连接上PC，打开软件总提示没连接上MEP-100A。软件是DOS版的。我用WIN98、WIN2000、WINXP，在三台PC上都试过，情况一样。PC串口用串口鼠标试过，正常。两种串口线，一种直连、一种5-5 2-3& ...… 查看全部问答∨	厦华等离子自检方法 1.PS42D8/PS42D810CZV2)屏自检方法 ①.将电源板的CN802的插座从左起的第3/第4脚连接起来；5 \\1 ?3 C9 x2 `( x ②.将厦华的制造的电路板部件全部拆掉；! W& R! ?+ _8 \|# s8 m, v$ {5 @! u# _ ③.将三星公司的逻辑电路板上的SW2001的开关拨成1. ...… 查看全部问答∨
谁有cc2000.exe 这个软件？要调试F206程序，没有调试工具，谁能发一个？… 查看全部问答∨	怎么我不来，其他人也不发言了？这两天因为有事，没来这里发言，结果发现也没其他人发言了。以前从来没有觉得自己这么重要，也不知真的是自己重要还是巧合？我正在酝酿写一个小系列，这两天实在太忙了，我会尽快打出第一 ...… 查看全部问答∨
检测电源剩余量我现在想检测我终端设备的电池剩余量并将它显示出来，我用的是WinCE的操作系统，我的程序如下： SYSTEM_POWER_STATUS_EX spse; GetSystemPowerStatusEx(&spse, TRUE); CString power = spse.BackupBatter ...… 查看全部问答∨	2440 camera 驱动无法读取数据各位大侠，小弟是第一次发帖，还请各位多多指教！最近在linux2.6下开发基于S3C2440的camera驱动，视频数据通过lcd显示，现在的问题是camera数据无法显示到lcd上面，可以确定lcd驱动是正常的；现贴出一些相关程序： #define VIDEOMEMSIZE &nb ...… 查看全部问答∨
销售收入突破10亿元公司高薪诚聘以下职位销售收入突破10亿元公司高薪诚聘以下职位 VC工程师待遇在8k 精通VC++ ，熟悉SQLServer数据库和基于socket网络编程；有数控系统人机界面开发经验者优先考虑。硬件开发工程师待遇在8k 岗位一：有电机控制项目5年以上开发经验，熟 ...… 查看全部问答∨	家用恒温控制器文介绍的家用恒温控制器，其温度调节范围为30-60℃，可用作家庭制作酸奶、面粉发酵及其他方面的保温。工作原理该恒温控制器电路由温度传感器、差分放大器、矩形波发生器、脉宽调制器、执行和电源等部分电路组成 ...… 查看全部问答∨
关于ti的芯片命名（dm642），求助我从市场上买来的dm642型号为：tms320dm642agdk,芯片上没有代表主频的数字，并且A的位置也于手册上的命名规则不符 dm642手册上给出的命名规则是： TMS 320 DM642 GDK A 500 能告诉我我买的芯片是500Mhz，还是600Mhz的吗？ … 查看全部问答∨	招Vxworks兼职讲师本单位招兼职Vxworks讲师,要求有一定项目经历，表达能力强，待遇高，日结，有意者请与我联系。地点北京，上海，成都，广州，大连等地， QQ：1489302364，邮件：hailang869@163.com ，罗先生… 查看全部问答∨

对于fpga设计实例入门，请给一个学习大纲以下是适用于电子工程师入门 FPGA 设计实例的学习大纲：第一阶段：基础概念和工具准备了解 FPGA 设计流程理解 FPGA 的设计流程，包括项目创建、综合、实现、下载和调试等步骤。熟悉 FPGA 开发工具学习并熟悉常用的 FPGA 开发工具，如 Xilinx Vivado ...… 查看全部问答∨	java机器学习工程如何入门作为电子领域资深人士，你可能已经具备了一定的编程和工程经验，因此可以以更高效的方式入门Java机器学习工程。以下是一些建议：巩固Java编程基础：确保你对Java编程有扎实的掌握，包括面向对象编程、数据结构与算法等基础知识。如果需要，可以通过 ...… 查看全部问答∨
什么是深度学习如何入门深度学习是一种机器学习技术，它模仿人类大脑的结构和功能，通过多层神经网络进行学习和识别复杂的模式和特征。深度学习在图像识别、语音识别、自然语言处理等领域取得了显著的成果，并在许多应用中取得了突破性的进展。要入门深度学习，你可以按照 ...… 查看全部问答∨	如何入门pcb设计入门PCB设计对于电子工程师来说是一个重要的技能。以下是一个详细的指南，帮助你快速入门PCB设计：1. 了解基础知识电子元件知识了解各种常见的电子元件及其符号，如电阻、电容、二极管、三极管、集成电路等。熟悉元件封装类型，如SMD（表面贴装器件 ...… 查看全部问答∨
FPGA与IC哪个好入门 FPGA和IC（集成电路）都是电子领域中重要的组成部分，但它们在入门难度和学习曲线上略有不同。FPGA（可编程逻辑器件）相对来说更容易入门，因为它们提供了一种灵活的硬件设计方法，使得开发人员可以使用硬件描述语言（HDL）编写代码来实现各种功能 ...… 查看全部问答∨	我想python机器学习入门，应该怎么做呢？要开始学习 Python 机器学习，你可以按照以下步骤进行：学习 Python 编程基础：如果你还不熟悉 Python 编程语言，首先要学习 Python 的基础知识，包括语法、数据类型、控制流等。你可以通过在线教程、书籍或者视频课程来学习。了解机器学习基础知 ...… 查看全部问答∨
对于机器学习概念入门，请给一个学习大纲以下是一个适用于电子领域资深人士的机器学习概念入门的学习大纲：机器学习基础概念：了解机器学习的定义和基本原理，包括数据驱动、模式识别和自动化建模等概念。掌握机器学习的分类，包括监督学习、无监督学习、半监督学习和强化学习等不同类型的 ...… 查看全部问答∨	单片机入门学什么板子的作为电子工程师，你入门单片机开发时可以选择一些常用的开发板，以便快速开始学习和实践。以下是一些常见的单片机开发板推荐：Arduino开发板：Arduino是一个简单易用的开发平台，适合初学者入门。它有着丰富的社区资源和开发环境，支持多种单片机型 ...… 查看全部问答∨
fpga控制伺服电机怎么入门要开始学习使用 FPGA 控制伺服电机，你可以按照以下步骤入门：了解伺服电机和控制原理：学习伺服电机的基本工作原理，包括电机结构、控制原理、反馈系统等。熟悉常见的伺服控制算法，如PID控制算法等。学习FPGA基础知识：了解FPGA的基本架构和工作 ...… 查看全部问答∨	我想torch 神经网络入门，应该怎么做呢？作为电子领域资深人士，你可以通过以下步骤入门使用PyTorch构建神经网络：学习基础知识：了解神经网络的基本概念，包括神经元、层、激活函数、损失函数、优化器等。此外，理解深度学习的基本原理和常用算法也是入门的必备知识。安装PyTorch：在你的 ...… 查看全部问答∨

2020年10月10日 | 基于MSP430F149和nRF905的无线血氧指夹的设计

设计资源培训开发板精华推荐

2020年10月10日 | 基于MSP430F149和nRF905的无线血氧指夹的设计

设计资源 培训 开发板 精华推荐

设计资源培训开发板精华推荐