基于MSP430的便攜式運動(dòng)量及生理參數監測儀設計

　　數據存儲單元用于存儲系統內的運動(dòng)數據、血氧飽和度及心電信號等數據，需要根據存儲容量、功耗、接口形式、存取速度、體積等要求選擇合適的數據存儲芯片。

　　顯示與鍵盤(pán)接口單元提供了設置和操作本監測儀的鍵盤(pán)接口，并通過(guò)圖形點(diǎn)陣液晶實(shí)現漢字功能菜單顯示、生理參數的數值顯示和波形回放等功能，為系統提供友好和智能化的人機交互界面。

　　時(shí)鐘單元為系統提供實(shí)時(shí)的時(shí)間坐標，進(jìn)而能為數據的存儲提供可參照的起始和結束時(shí)間點(diǎn)。

　　數據通信單元提供本監測儀與PC機之間的數據交換手段，既可以是串行、USB、TCP/IP網(wǎng)絡(luò )通信等有線(xiàn)接口方式;又可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片組建一個(gè)固定頻點(diǎn)下(如433MHz)的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )，或者是基于GPRS的遠程無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò )。

　　電源單元為監測儀內的模擬和數字電路部分分別供電，提供不同的工作電壓和一定的電源分區管理功能，其輸出質(zhì)量直接關(guān)系到系統的精度和可靠性。

　　運動(dòng)監測模塊

　　運動(dòng)監測模塊完成人體運動(dòng)信號的輸入、放大和濾波，主要包括運動(dòng)傳感器和信號調理單元。

　　運動(dòng)傳感器一般可以有兩種形式：?jiǎn)尉S的振動(dòng)傳感器和三維的運動(dòng)傳感器。前者如微振動(dòng)傳感器，是一種有源的微功耗振動(dòng)檢測器件，一般以正弦波形式輸出，可將其轉換成脈沖波形后輸入微控制器。微控制器通過(guò)檢測高電平來(lái)實(shí)時(shí)記錄跑步者的步數，并以此計算運動(dòng)者的體能損耗。

　　更精確的人體運動(dòng)信號可以通過(guò)三維加速度傳感器獲得。加速度傳感器作為近十幾年才發(fā)展、成熟起來(lái)的運動(dòng)傳感器，其不僅能夠通過(guò)測量運動(dòng)能耗來(lái)評估運動(dòng)量，還能通過(guò)測量加速度來(lái)反映人體運動(dòng)的強度和頻率，能夠把人體的各種運動(dòng)狀態(tài)轉換為不同幅度的電壓信號。其安裝簡(jiǎn)便，體積小，測量簡(jiǎn)單。三維加速度傳感器是本監測儀前向通道中的理想運動(dòng)傳感器元件。

　　如圖1所示，信號調理單元的作用是將傳感器輸出的微弱電信號(通常為電壓信號)不失真地放大或調整到能夠直接由A/D轉換模塊采樣的幅度足夠的電壓信號，且信號調理單元對其前級的傳感器和后級的A/D轉換模塊的影響要盡可能的小。

　　信號調理單元具體包括信號放大電路、濾波電路及精密電壓基準電路等，主要實(shí)現信號的放大、整形及濾波等功能。信號調理單元中的信號放大電路應具有較強的共模抑制和差動(dòng)放大能力，實(shí)際共模抑制比較高，輸入阻抗較大，失調和溫漂較小，這些都能有效減小信號放大電路對傳感器輸入信號的影響，減少溫度誤差。同時(shí)信號調理單元中的濾波器應采用同相結構的精密運放和RC網(wǎng)絡(luò )組成高階有源濾波器，這樣既能提供一定的增益和緩沖作用，又可以減小對后級尤其是A/D轉換的影響。

　　信號調理單元是本監測儀中模擬電路的主要部分，其調整后信號的精度直接決定著(zhù)系統內可采集到的人體運動(dòng)信號的精度，其電路結構和復雜程度也直接關(guān)系到系統的整體功耗和體積。因此信號調理單元的設計更要符合微功耗和微型化設計要求，能夠在單電源下工作，其信號放大范圍要與A/D轉換所需的信號幅度一致，在電路結構上應力求簡(jiǎn)單，集成度要高，不宜采用分離元件太多的設計方案。

　　生理參數監測模塊

　　從系統整體設計和降低設計難度的角度，血氧飽和度、心電信號、心率、體溫等人體重要的生理參數可以通過(guò)市面上已有的一些功能模塊直接獲得而不必自行設計。如目前市面上已有供二次開(kāi)發(fā)使用的監測血氧飽和度、心率等的集成功能模塊(簡(jiǎn)稱(chēng)為數字式血氧模塊)，其內往往已集成了信號處理內核(如Dolphin公司OEM-701模塊)，這種數字式血氧模塊能夠通過(guò)探頭直接檢測人體的血氧飽和度、心率、體溫等數據，支持串行接口的輸出方式。