基于无机卤化物钙钛矿湿度传感器的呼吸功能监测系统

摘要

当代社会节奏较快，较大的生活和工作压力导致许多人睡眠存在问题，其中睡眠呼吸暂停综合征是一种常见的、危害较大但又难以被诊断的睡眠疾病。目前，睡眠呼吸暂停综合征临床上通过多导睡眠图诊断，但该方法诊断设备庞大且昂贵，只能在专门的检测室进行检测，检测时在被测试者身体上连接多根电极和导线会给被测试者造成不适。因此研制一款便携式、结构简单、成本低廉和无线传输信号的呼吸功能监测系统具有重要意义。　　呼吸鼻气流与周围环境存在30%湿度差异，是呼吸动作最直接的反映，用于呼吸功能监测具有信号处理简单、成本低和结果可靠的优势。人体呼吸周期为3～5秒，市面上湿度传感器响应和恢复时间在十几秒到几分钟不等，无法满足呼吸信号测量。本文研制的无机卤化物钙钛矿湿度传感器当发30%湿度变化，在3秒内传感器电阻会发生显著变化并恢复，能用于呼吸鼻气流信号的测量。为方便测试人员使用，监测系统使用Zigbee网络传输信号。为了测试人员方便观察测试情况和自动处理呼吸信号，开发出相应的上位机软件。为了实时处理信号，采用极值迭代法提取呼吸信号的最值，使用动态阈值法计算呼吸暂停和低通气阈值。　　对监测系统进行测试，能够实现呼吸气流信号的采集、传输和接收，结合上位机软件，能够实现预定的呼吸功能监测。对系统稳定性测试显示本系统对传感器放置位置具有较强适应性，在不同呼吸强度和频率下能够实现呼吸功能监测。测试证明，该系统采用的自研湿度传感器能够满足呼吸信号的测量，系统能够对呼吸信号进行实时处理和呼吸状态判断，具有非接触式测量、实时性强、无线化和成本低的优势。

目录

1 绪 论

1.1 课题研究背景

1.1.1 呼吸功能监测的重要性

1.1.2 呼吸功能监测标准

1.1.3呼吸功能监测方法

1.2 国内外研究现状

1.2.1呼吸功能监测的指征信息

1.2.2 呼吸气流信号处理算法

1.3 本文研究目的与主要内容

2 呼吸功能监测系统总体设计

2.1 系统需求分析

2.2 无线通信方式选择

2.3 微处理器选择

2.4 系统整体设计

2.5本章小结

3 呼吸信号采集与无线传输系统设计

3.1 系统总体设计

3.2 敏感材料合成与传感器制作

3.3.1传感电路设计

3.3.2呼吸信号采集和发送电路设计

3.3.3呼吸信号接收电路设计

3.3.4硬件电路实物

3.4.1编程环境和软件开发工具

3.4.2呼吸信号采集与发送节点软件设计

3.4.3呼吸信号接收节点软件设计

3.5本章小结

4 呼吸功能监测上位机软件设计

4.1呼吸功能监测上位机软件总体设计

4.2.1主页界面

4.2.2病人信息管理

4.2.3实时数据处理与显示

4.2.4历史数据分析

4.3呼吸气流信号处理算法

4.3.1峰值检测

4.3.2呼吸暂停与低通气判断

4.4上位机软件程序设计

4.4.1串口通信

4.4.2 呼吸曲线

4.4.3 监测数据管理

4.5本章小结

5 呼吸功能监测系统测试

5.1呼吸功能监测系统硬件测试

5.1.1 无机卤化物钙钛矿湿度传感器性能测试

5.1.2数据采集与发送节点

5.1.3接受节点

5.2呼吸功能监测系统软件测试

5.2.1主页

5.2.2病人信息管理

5.2.3 实时数据处理与显示

5.2.4 历史数据分析

5.3 系统稳定性测试

5.3.1 湿度传感器位置对测试结果的影响

5.3.2不同呼吸强度测试效果

5.3.3不同呼吸频率测试效果

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

附录

A. 学位论文数据集

致谢