人體基本參數(shù)測試儀的設(shè)計

2 設(shè)計方案比較分析
2．1 體溫測量
方案l：采用數(shù)字溫度傳感器。數(shù)字溫度傳感器內(nèi)部集成了溫度傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可以把溫度直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字量送入微處理器。
方案2：采用模擬溫度傳感器。即采用輸出電壓可連續(xù)變化的模擬溫度傳感器，再通過高精度的A／D轉(zhuǎn)換器將模擬電壓量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。
方案1實(shí)現(xiàn)起來較為簡單．但想實(shí)現(xiàn)高精度的溫度測量，成本較高。而方案2中由于傳感器的輸出電壓可以連續(xù)變化，只需提高A／D轉(zhuǎn)換器的精度就可以大幅度提高溫度測量的精度，故系統(tǒng)采用方案2。
2．2 呼吸間隔測量
方案1：人體胸部的起伏可以通過彈性材料的伸縮來反映，彈性材料的伸縮帶動滑片在電阻絲上滑動，改變其兩端電阻。通過電阻分壓的方法使電壓的變化與胸部起伏的變化規(guī)律相同，最終實(shí)現(xiàn)呼吸間隔的測量。此方案對彈性材料和電阻絲，以及捆綁方式都有嚴(yán)格要求。
方案2：采用壓力傳感器實(shí)現(xiàn)。其裝置如圖1所示。圖中的帶子選用長度形變很小的線材制成，帶子上固定一個壓力傳感器，則胸腔的起伏引起壓力傳感器上壓力的變化，通過采集傳感器輸出的電信號在時間軸上捕捉胸腔起伏的趨勢，可以實(shí)現(xiàn)呼吸間隔時間的測量。該裝置簡單，更適應(yīng)于便攜設(shè)備的要求。

綜上所述，系統(tǒng)選取方案2。

2．3 脈搏測量
方案1：采用光電傳感器實(shí)現(xiàn)。將手指尖放置在光源和光敏器件之間，當(dāng)手指中有跳動的脈搏時，血液的透光性發(fā)生變化，光敏器件接收的光強(qiáng)隨之變化。從而得到按脈搏跳動規(guī)律變化的電信號，但提取的信號非常微弱。
方案2：采用壓電傳感器實(shí)現(xiàn)。在手腕處安裝靈敏度較高的壓電傳感器，將跳動的脈搏產(chǎn)生的壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號，從而實(shí)現(xiàn)脈搏的測量。但是成本較高。
方案3：采用駐極體話筒實(shí)現(xiàn)。讓話筒緊貼脈搏，則跳動的脈搏信號便可通過這一過程轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號。該方案提取的電信號很明顯，測量精度很，且成本很低。
綜上所述，系統(tǒng)采取方案3。

3 系統(tǒng)總體設(shè)計
系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，由提取體溫、脈搏次數(shù)和呼吸間隔的傳感器及相應(yīng)的信號調(diào)理模塊、放大整形模塊、電源模塊、鍵盤控制模塊，以及LCD顯示模塊等構(gòu)成。系統(tǒng)還包括一個可以與獨(dú)立監(jiān)測單片機(jī)進(jìn)行串行通訊的集中監(jiān)測機(jī)，用于對儀器設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化管理。系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)框圖如圖2所示。

4 理論分析
4．1 脈搏測量誤差分析
人的脈搏頻率一般為60～100次／min，以脈搏信號調(diào)整、整形后的信號為門限，在第一個上升沿開始對標(biāo)準(zhǔn)脈沖fo計數(shù)，第二個上升沿停止計數(shù)，計數(shù)值為N。這種在門限內(nèi)的填充計數(shù)存在誤差。脈沖頻率越小，計數(shù)值越大，此方法固有誤差的影響就越小。則脈搏頻率f=100次／min時，誤差最大。取fo=l kHz，此時理論上N=fo(60／100)=600次，而實(shí)際可能為599或者601。根據(jù)公式f=(60xfo)／N，可以得到f1=100．169次／min和99．833次／min。△fmax≤0.2次／min，精度很高。
4．2 溫度測量數(shù)據(jù)處理方法分析
影響體溫測量的因素很多。為提高測量精度，適當(dāng)增加測量次數(shù)，利用補(bǔ)償?shù)姆椒p小隨機(jī)誤差的影響。為了獲得最可信賴的結(jié)果，利用最小二乘法，在殘余誤差平方和最小的條件下測得值最可信賴。
被測溫度和輸出電壓V成線性關(guān)系，即V=b+aT，則線性參數(shù)的誤差方程為

式中：vi為每次測試值和真值的誤差。
在等精度測量中，應(yīng)滿足最小二乘條件式