可穿戴式单芯片心率血氧智能采集的设计

摘要

当今社会，人们越来越追求生活品质，对疾病的早期检查越来越受到人们的重视，这使得可穿戴式保健设备迅速得到了人们的青睐。方便，准确，稳定的可穿戴式保健设备对提高全民健康，降低个人和社会负担具有重要意义。心率和血氧饱和度是人体的重要生理指标，对其进行连续准确的监测可以有效判断人体的健康状况，预防心脑血管疾病。目前，低功耗蓝牙技术正在得到全面应用，特别是在便携式设备中，其低功耗的特点得以发挥。将健康监护设备与低功耗蓝牙结合起来，不仅大大降低了电池能耗，还能方便患者使用，使测试结果更贴近实际。
　　本文基于透射式血氧饱和度采集法，通过最新的低功耗蓝牙技术与市场占有率极高的iPhone智能手机实现通信，以检测心率和血氧饱和度这两个生理参数为中心，设计一套低功耗脉搏血氧数据采集，通过蓝牙传输，在基于iOS的智能手机上实现实时显示、分析的心率血氧监护系统。
　　本设计主要工作如下：
　　第一，设计完成脉搏血氧采集端的硬件电路。本设计中采用AFE4400单芯片集成模拟前端实现脉搏血氧信号的采集，滤波，放大以及A/D转换等前期处理，通过MSP430F5529单片机计算出血氧和心率值，通过串口发送给基于CC2540的低功耗蓝牙模块。
　　第二，通过低功耗蓝牙技术，实现了心率和血氧饱和度信号同智能手机之间的无线数据传输。通过低功耗蓝牙规范中定义的从机通讯协议实现BLE串口透传，从而实现前端模块和智能手机的无线通信。
　　第三，在iPhone5s智能手机上设计完成心率和血氧饱和度监控软件，实现心率和血氧饱和度数据的显示和存储。手机客户端的主要功能包括:蓝牙连接的建立、数据的接收、数据的本地存储等。在智能手机上，实现心率和血氧饱和度的长效监控。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题的背景及意义

1．1．1 血氧饱和度的意义

1．1．2 可穿戴设备在疾病早期诊断中的意义

1．1．3 适用于医疗与健康的低功耗蓝牙技术

1．1．4 基于智能手机的移动医疗新思路

1．2 国内外发展现状与市场前景

1．2．1 国内外发展现状

1．2．2 市场前景

1．3 课题的研究目的和主要内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

第2章 系统设计方案

2．1 无创血氧饱和度的检测方法和原理

2．1．1 无创血氧饱和度的检测方法

2．1．2 无创血氧饱和度的检测原理

2．2 可穿戴式心率血氧智能采集系统的结构

2．3 信号采集端的核心

2．3．1 发光驱动与光电检测电路

2．3．2 采集端微处理器的选择方案

2．4 采集端与智能手机之间的通信方式

2．4．1 短距离无线通信技术概述

2．4．2 短距离无线通信技术对比

2．5 智能手机平台的选择

2．5．1 主流移动操作系统概述

2．5．2 iOS操作系统

2．6 本章小结

第3章 信号采集端的硬件设计

3．1 信号采集端的设计概述

3．2 单芯片集成模拟前端

3．2．1 AFE44x0系列单芯片介绍

3．2．2 AFE4400应用电路设计

3．3 单片机控制单元

3．3．1 MSP430系列超低功耗单片机简介

3．3．2 单片机控制电路设计

3．4 蓝牙模块电路

3．5 电源模块

3．6 采集端单片机程序设计

3．6．1 程序总体设计

3．6．2 系统初始化程序设计

3．6．3 AFE4400初始化程序设计

3．6．4 数据处理程序设计

3．7 本章小结

第4章 低功耗蓝牙技术及其传输协议

4．1 低功耗蓝牙技术概述

4．1．1 蓝牙4．0技术与传统蓝牙的关系

4．1．2 低功耗蓝牙技术的应用

4．1．3 蓝牙4．0的特点

4．1．4 低功耗蓝牙的网络拓扑

4．2 低功耗蓝牙协议栈

4．2．1 低功耗蓝牙协议栈的结构

4．2．2 链路层

4．2．3 通用访问规范层

4．2．4 通用属性规范层

4．3 CC2540蓝牙无线串口透传的实现

4．3．1 程序结构

4．3．2 通用访问规范层的配置

4．3．3 通用属性规范层的配置

4．3．4 硬件抽象层中的串口事件处理

4．3．5 蓝牙串口透传的重传校验机制

4．4 本章小结

第5章 基于iOS平台的软件设计

5．1 iOS应用程序开发环境

5．1．1 iOS应用的编程语言

5．1．2 iOS应用的开发工具

5．1．3 iOS应用的开发框架

5．2 系统设计

5．2．1 程序功能分析

5．2．2 蓝牙通信模块

5．2．3 数据读取模块

5．2．4 数据显示模块

5．2．5 数据存储模块

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢