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STM32开发的三电极体系的血氧检测系统的设计

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楼主: goodluck09876
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goodluck09876|  楼主 | 2018-11-29 13:37 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览

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goodluck09876|  楼主 | 2018-11-29 13:38 | 只看该作者
      为了维持三电极中工作电极和参比电极之间的电位差在恒定值,需要给三电极
体系提供一个参考电压,通过STM32程序来控制电压的变化和数值。电压的调节可
以采用手动调节或者机械调节的方式,这两种方式精度低,线性差。论文采用STM32
通过SPI接口连接具有数模转换的芯片AD5666来产生扫描电压。通过改变STM32的
驱动程序来改变扫描电压的极性和大小,利用此方法可以很方便生成不同波形的扫
描电压,如图3-6所示。

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goodluck09876|  楼主 | 2018-11-29 13:39 | 只看该作者

    在电流电压转换过程中会引入干扰,如果这个干扰不滤掉将会造成有用信号被
淹没在噪声中,因此电路中在反馈部分接入电容c22,起到滤波的作用,它只放大直
流,将交流深度负反馈。为了方便后面的采样电路进行采样,本电路在将电流转换
为电压的同时对转换输出的电压进行放大,幅值放大至mV到V之间。由于经过转换
后的电压值是负的,所以在后级接了一级反向跟随,将输出的电压值转换成正值。

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goodluck09876|  楼主 | 2018-11-29 13:49 | 只看该作者

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goodluck09876|  楼主 | 2018-11-29 13:50 | 只看该作者

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goodluck09876|  楼主 | 2018-11-29 13:53 | 只看该作者

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goodluck09876|  楼主 | 2018-11-29 13:54 | 只看该作者

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goodluck09876|  楼主 | 2018-11-29 13:56 | 只看该作者
    本系统处理的是极其微弱的电信号,并且要实现对血氧信号的采集,为了确保
数据的准确性,需要在进行电路设计时加入抗干扰设计,滤除电路中电噪声的干扰。
选用低噪声特性的电容和热噪声小的金属膜电阻。在运算放大器的电源输入端通过
添加去偶电容的方法来降低电源的波动对有用信号的干扰。本系统下位机的硬件电
路包括数字部分和模拟部分,电路布局时需要将数字地和模拟地隔离开。三电极体
系部分和电源部分在电路布局时也要隔开放置,尽量不要让电源的波动干扰到三电
极体系产生的微弱信号。同时PCB板上要对电源和地采取大面积覆铜的方式来降低
杂波干扰。三电极体系中各个电极的走线要尽量短,要选择高绝缘性的材料制作电
路板。同时要给运放设计散热功能减小由于运放温度的升高带来的偏置电流的影响。

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goodluck09876|  楼主 | 2018-11-29 13:56 | 只看该作者

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goodluck09876|  楼主 | 2018-11-29 13:56 | 只看该作者

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goodluck09876|  楼主 | 2018-11-29 13:57 | 只看该作者

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goodluck09876|  楼主 | 2018-11-29 13:57 | 只看该作者

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goodluck09876|  楼主 | 2018-11-29 14:00 | 只看该作者

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goodluck09876|  楼主 | 2018-11-29 14:01 | 只看该作者

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goodluck09876|  楼主 | 2018-11-30 13:18 | 只看该作者
    上文介绍了血氧测试仪的前端三电极测量模块和信号处理模块以及控制与通信
模块,它的主要功能包括:
      (1)检测电极产生的对应于氧分压(P02 )的电信号;
      (2)将检测到的电流信号转化为电压并通过A/D转化成对应的数字量;
      C3)将A/D转化后的数字量发送给PC端的软件做处理。
    这些功能都是在本章所要介绍的PC端软件平台的控制下实现的。
    血氧测试仪上位机面向用户的显示界面部分集成了丰富的功能,用户仅仅需要
通过软件界面就能够控制整个血氧检测系统。使用血氧测试仪软件平台时,操作人
员不用考虑硬件部分的设计原理和使用,硬件部分对于使用者来说就像是一个能实
现血氧测试的几个简单的按钮。通过该软件的使用,能很大程度上简化测试工作,
使用者只需点击软件界面的几个按钮就能观察血氧饱和度等参数。

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goodluck09876|  楼主 | 2018-11-30 13:18 | 只看该作者
5.1 LabWindows/CVI的简单介绍
    NI(National Instruments)公司推出的LabWindows/CVI是交互式ANSIC开发平
台。Lab Windows/CVI具有简单容易的编程方法、面向对象的开发平台、庞大的函
数库,以及通过回调函数和事件驱动的编程方法,使得Lab Windows/CVI编程简单
易学,主要实现仪器控制、自动检测、数据处理,将这些功能与使用灵活、功能强
大的C语言结合起来,为熟练掌握C语音的研究人员建立数据采集系统、自动检测
系统提供了一个可靠的平台[}as}
    同样的NI公司发布的一种通用的I/O接口软件NI-VISA(Virtual Instrument So-
ftware Architecture),它同时也是应用编程接口,能够和各种数据总线进行通信。这
个软件使用的标准是VISA总线I/O标准,是对包含GPIB, VIX, PXI、以太网、USB,
串口(RS232/485)和IEEE 13 94接口等I/O接口系统进行配置、编程故障排除和调试的
标准。它提供了硬件与NI LabVIEW, LabWindows/CVI和Measurement Studio等应
用开发环境之间的编程接口。使用方便的I/O控制函数集、强大的资源管理和仪器控
制、不受平台总线和环境的限制等优点,使得NI-VISA驱动编程十分容易上手[f2}1
使用NI VISA编程流程如图5-1所示。

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goodluck09876|  楼主 | 2018-11-30 13:19 | 只看该作者

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goodluck09876|  楼主 | 2018-11-30 13:20 | 只看该作者
    仪器的驱动相当于是仪器的接口,可以直接应用在仪器的硬件结构上面,能够
用来直接控制硬件,操作系统在驱动程序的帮助和协调下能够实时精准的把控制命
令或者数据发送给硬件,同样硬件也能够通过在这种方式反馈给操作系统。
    常用的开发驱动的工具有:DDKCDevice Development Kit) , Windriver, NI-VISAo
这几类开发工具都有自己独特的优缺点。DDK是基于汇编语言的编程方法和调用内
核模式,如果开发人员不具备成熟的操作系统原理和编程水平的话,开发起驱动来
相对不太容易,而使用Windriver开发驱动比DDK简单,但WinDriver开发驱动不
能离开Windriver环境,否则不方便对外推出。相比较而言使用NI-VISA则更适合。
VISA I/O标准是一个可以兼容的仪器驱动标准,它是一种自底向上的I/O接口软件
模型,是由VXI热插拔系统联盟发布的这一标准,目前市面上生产的仪器都依照
VISA I/O标准[}30} o NI-VISA在这标准的基础上研制了一款基于底层硬件的驱动。按
照标准的规定,NI-VISA高度的集成和封装了PC硬件系统的驱动程序,开发者不需
要设计驱动,只需要确保仪器的硬件电话和对应的固件设计正确,最后完成对应用
程序的设计就可以,而NI-VISA与LabWindows/CVI都是NI公司发布的,更好地衔
接底层驱动LabWindows/CVI所开发的应用程序,然后更加高效的完成上位机与下位
机间的通信。
    图5-2就是血氧测试仪的软件操作界面,下面将对界面上的各部分功能加以介
绍。

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goodluck09876|  楼主 | 2018-11-30 13:20 | 只看该作者

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goodluck09876|  楼主 | 2018-11-30 13:21 | 只看该作者
    图5-5介绍了点击服务器[连接]按钮时,连接服务器的程序实现的步骤。
LabWindows/CVI为用户提供了TCP开发的函数库,函数库提供ClientCallBacks()函
数。ClientCallBacks()函数的TCP通信时客户端回调函数,当客户端所在PC的网口
有服务器端发送来的数据时,程序内部会自发的调用ClientCallBacks()函数从网卡存
储器中获得数据。

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