文/陈茁

1 引言

随着医学的不断进步与发展，以及人们对健康要求逐渐增高，血氧饱和度这一名词逐渐走入我们的视野中，成为人们对健康衡量的一项重要指标。顾名思义，血氧饱和度就是血液在运输过程中能够携带氧气的能力，人体在进行新陈代谢时，是生物进行氧化的一个重要过程，也就是把有用的氧气带入体内，因此携带氧气多少的能力就会对人们的身体健康造成一个重要的影响。在临床实验中，一些疾病会使得体内缺少氧气的供给，这就会使得人体内无法进行正常的新陈代谢，影响人体机能，造成严重的后果，因此能够准确的检测出血氧的饱和度对于人体的生命健康有着至关重要的作用，同时对于医学救护也有着里程碑似的重要意义，由此，对测量血氧的仪器也是有一定的要求，这就需要人们去研究，下面针对这一问题展开了分析与讨论，最终得到一个既精确，又经济的测量仪器。

2 血氧测量的相关原理

在血氧饱和度的测量过程中，脉搏血氧测量仪的工作原理主要分为两种，其主要根据光电传感器接受到的光的类型，即透射光和反射光，即光线射到介质上，然后分别进行反射和透射，传播信号，通过光电原理采集信号，又对采集到的信号进行相应的处理，最终反馈出结果。图1两种电路原理图，反映了这两种方式的采集原理。

透射式和反射式两种信号采集方式在结果的准确度和抗干扰性等方面各有优缺点，表1 对两种方式的优缺点做了简单的对比。

图1：透射式与反射式的信号采集方式

图2：透射式

图3：反射式

脉搏血氧仪主要是通过光电晶体管进行接收和发出信号，图2、图3是这两种血氧仪的结构组成图。

透射式与反射式的不同在于在于采集光线的方向不同，透射式是从光线射入的另一侧采集射入的信号，而反射式是从光线射入的同侧采集反射出来的信号；因此，基于这两种不同的采集信号的方式，为方便测量，保障测量结果的准确性，透射式的测量部位应选择在较薄的部位，通常指尖是人们选择的比较多的一个部位，测量的结果也相对而言较稳定；而反射式根据其测量方式的反射，可选择的身体部位较多，在测量位置上有绝对性的优势，基于这个优势，可以在电路设计上提高集成化程度，在健康监护领域受到了广泛关注。透射式和反射式测量方法原理基本相同，但是基于测量原理所导致的测量部位和测量的难易程度却不尽相同，因此为了测量结果的准确性，优先选取透射式测量方法，下面将针对透射式的测量方法对脉搏血氧仪进行设计。

3 系统硬件设计

系统选用 TI 公司的 MSP430FG4619 单片机为处理核心，它是一款超低功耗的混合信号处理器 。MSP430FG4619 内部的 DAC12 周期性地输出 2 路 100 Hz 占空比 1：4 的脉冲 ，被点亮的信号，由光电接收器将其传递到单片机内部的OA 放大器进行放大，紧接着进入A/D 进行采样。DAC12 根据 A/D 采样信号的大小调节光源驱动的强度 ；整个硬件结构通过电源模块TPS62007DGS 进行能量供应，单片机输出的信息一方面通过OLED 显示模块显示，另一方面通过无线通信模块CC2500 传递信息到PC 端。另外还选取了外部接口串口调试和TAG 下载接口进行信息输出。该设计降低了光源的不稳定性，增加精度及可靠性。由此可以开始进行周期及幅值的分析进而计算出血氧饱和度。

这一应用解决了电压及供电等问题，如图4所示系统硬件结构图。

表1

图4：系统硬件结构图

图5：系统软件流程图

图6：光调制流程图

4 系统的软件设计

该系统的设计共分为五个模块，分别是主控程序模块，无线通信模块，信号调制模块，信号处理模块及显示模块，各个模块间相互传递，各自控制，主控程序启动后，完成初始化功能，通过光调制、直流跟踪与交流放大，数字滤波、计算血氧饱和度与心率，OLED 显示及无线发送等过程，具体的系统流程如图5所示。

光电传感器的输出信号是由两部分组成的，分别是红光和红外光，也是交流分量和直流分量，其中直流分量占据的比例较大，交流分量也只占据了很小的一部分比例，只有5%左右。为了简便计算，需认为两路信号中的直流分量相同，这时就需要将其调到一个预设范围，但是由于个体的不同，会出现一些差异，如信号微弱，此时就需要加强信号，即使如此信号也不会达到初始设定的阈值 ，既然不能达到初始设定的阙值，那就只能降低该值，这样就能满足要求，因此需要采用光调制这一方法，光调制的流程如图6所示。

5 结束语

随着人们对医疗的需求越来越高，脉搏血氧饱和仪的适用性也越来越受到人们的重视，因此仪器的精确性和便携性显得尤为重要。本文通过对比反射式和透射式两种电路原理的血氧饱和测量仪，得出了透射式的测量仪的精确性更高，充分利用AVR 单片机丰富的内部资源对采集信号进行处理，经大量实验证明，本系统工作状态稳定，具有良好的市场前景。