基于AVR单片机的数字血氧模块的开发

### 基于AVR单片机的数字血氧模块的开发 #### 一、引言 血氧饱和度(SpO2)是衡量血液中氧气含量的重要生理指标，对于评估个体健康状况至关重要。特别是在临床救治中，对于危重患者的血氧饱和度连续监测能够及时发现呼吸系统的异常情况，从而采取必要的医疗干预措施。传统的血氧饱和度监测方法往往体积庞大且功耗较高，限制了其在便携式和移动应用中的实用性。本文将介绍一种基于AVR单片机（Microchip Technology Inc.制造的一种低功耗8位CMOS微控制器）的数字血氧模块的设计与实现，该模块能够有效降低功耗并提高抗干扰能力。 #### 二、血氧饱和度测量原理 血氧饱和度的测量基于光谱吸收原理。在血液中，氧合血红蛋白（HbO2）和脱氧血红蛋白（Hb）对不同波长的光具有不同的吸收特性。具体来说，研究中选用660nm（红色）和940nm（近红外）两种波长的光作为光源。这两种光分别对应血红蛋白和氧合血红蛋白的最大吸收差异点。通过比较这些光线穿过手指末端动脉后强度的变化，可以推算出血氧饱和度。 #### 三、消除噪声和运动干扰 在实际应用中，环境光、运动引起的振动等因素都可能成为测量的干扰源。为了减少这些干扰，本设计采用了光频传感器TSL235。TSL235是一种高灵敏度的光频转换传感器，它可以直接将接收到的光强转换为频率信号输出，大大提高了信号的抗干扰能力。此外，TSL235的工作电压低至2.7V，非常适合用于低功耗应用。 #### 四、AVR MEGA8单片机的应用 在本设计中，AVR MEGA8单片机作为核心处理器，负责处理TSL235传感器输出的频率信号，并计算出血氧饱和度和脉率等参数。AVR MEGA8单片机具备频率捕捉功能，可以直接采集传感器输出的频率信号，避免了使用额外的模拟到数字转换器（ADC），从而降低了成本并简化了电路设计。该单片机的频率捕捉功能可以提供高达16位的分辨率，确保了测量结果的准确性。 #### 五、基线控制 为了进一步提高模块在运动状态下的测量准确性，设计中加入了基线控制功能。通过实时监测和调整直流（DC）背景信号，可以有效地抵消由于运动或其他原因引起的信号波动，确保测量结果的一致性和可靠性。 #### 六、结论 本文介绍了一种基于AVR MEGA8单片机和TSL235光频传感器的数字血氧模块。该模块不仅实现了血氧饱和度和脉率的有效监测，还具备良好的抗干扰能力和基线控制功能，适用于各种环境下的人体血氧饱和度测量，特别是在运动状态下的监测需求。通过采用先进的传感器技术和高效的微控制器，该模块不仅功耗低、体积小，而且能够在复杂环境中提供准确可靠的测量结果。未来的研究将进一步优化算法，提高测量精度，同时探索更多应用场景，以满足不断增长的医疗健康需求。