基于MSP430医用制氧机控制系统的设计与实现
(整理)基于MSP430的无创脉搏血氧仪
生物医学工程学院课程设计报告题目：基于MSP430的无创脉搏血氧仪指导教师：年级：2010专业：生物医学工程学生姓名：2013 年 6 月14 日摘要：在分析血氧饱和度测量原理的基础上，设计并实现了基于微处理器MSP430的无创脉搏血氧饱和度检测系统。
半导体光源交替发出的红光和近红外光发送到手指末端，与血液中的氧合血红蛋白和还原血红蛋白发生吸收作用，光电探测器接收含有被测信息的光并转换为电信号，经过放大、滤波等处理后由MSP430F169内部自带的12位ADC采样转换，最后在单片机中实现算法及显示结果。
该系统具有精度高、体积小、工作稳定、硬件结构简单等特点。
关键词：探头驱动；前置放大；低通滤波；带通滤波一、系统方案论证透过手指的光经光电探测器转换为电信号，送到前置差分放大电路消除共模信号后进行信号放大。
放大后的信号分别经低通滤波和带通滤波得到直流分量和交流分量。
1.探头驱动方案论证本无创脉搏血氧饱和度测量仪采用两路发光管交替发光采集手指血氧信号，有效的控制两路发光管交替发光，可以提高脉搏波检测的准确度。
为保证发光二极管发出的光亮度恒定，在光源驱动电路中采用了恒流源的设计方案方案一：用集成运放（OP07、OP37）实现恒流驱动电路，能得到较稳定的驱动电流，但是不适用于实现驱动阴阳极连接的交替发光管发光的要求。
方案二：用NE5532和TIP122，通过运放和三极管两次放大，可以得到较稳定的驱动电流，但是对于轮流驱动阴阳极连接的发光管交替发光也不易实现。
方案三：用分立元件9012和9013构成H桥式电路，能实现输出驱动电流恒定且工作在放大区的三极管较集成运放稳定，能适用于本系统的轮流驱动发光管发光的要求。
综合考虑我们选用方案三实现。
2.前置放大电路方案论证经血氧探头获得的电信号非常微弱且携带很多噪声，同时由于人体内阻比较大，需要一个具有高阻抗、高共模抑制比、低噪声、低漂移特点的前置放大电路。
方案一：采用三运放构成差分放大电路实现。
医用制氧机群智能控制系统设计与实现
自动化控制• Automatic Control118 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering【关键词】医用制氧机 智能控制 设计对于医用制氧机来说，其是物理制氧设备中较新的一种，不用其它的添加成分，仅与电源相连接，就能够制造氧气。
现阶段，对于医用制氧机来说，基本都是以单机工作模式为主的，尽管自动化水平要高一些，然而其未对信息的远传功能进行检测，护士站等是缺失的，使得监控制氧机工作是缺失的。
本文以无线网络为依托，对医用制氧机群智能化的实现进一步的深入探讨，利用中央控制室来使其无线控制作用得以全面实现，使参数远传功能得以实现，例如氧气流量等，从而能够有效的管控一定范围内的制氧机，这样用户使用氧气的安全性会提升，使用更加便利，从而使其取代氧气瓶的目标得以实现。
1 总体架构基于无线网络的医用制氧机群是由无线网关和无线传感器节点构成一个微型数据监控网络，实时对医用制氧机群运行状态数据进行智能控制。
将中央控制器有效的应用，从而可以控制、监控制氧机，同时将信息进行收集，利用无线通信，把数据向基站设备进行传输，同时自这一基站开始，把数据向其它设备进行传送，利用网络把数据向远程控制中心进行传送，在控制中心的计算机中对其实施统计分析，使远程控制功能得以实现。
由于传感器的节点和灵活性。
结合设备工作情况，对其实施自主设置，所以，这一系统的可扩展性十分突出。
系统总体框架具体如图1。
1.1 智能控制功能的实现智能控制中心PC 电脑有数据监控功能、参数配置功能、实时数据库等多个功能模块。
利用无线网络，使控制中心和医用制氧化有机结合，利用接收模块将制氧机的信息进行有效的接收，对其实施全面的分析，同时结合信息类型的不同，对其进行不同的处理，将控制指令向制氧化进行传输，完成对医用制氧机相应医用制氧机群智能控制系统设计与实现文/周正1 左光群2的远程操作，实现了医用制氧机的全方位数据采集和监控。
基于MSP430的医用直线加速器自动频率控制系统的设计
基于MSP430的医用直线加速器自动频率控制系统的设计钱琳琳;刘彦伟【摘要】目的为了提高医用直线加速器自动频率控制系统的数据处理速度,控制精度和稳定性,降低自动频率控制系统的功耗.方法采用鉴相的方法,将磁控管频率变化产生的频率差转换成前向波和反向波的相位差,将相位差转化为电压差后经信号处理电路送给MSP430单片机以驱动电机达到稳定磁控管振荡频率的目的.结果实现了自动频率控制系统数据的快速处理、降低了其功耗、提高了控制精度和稳定性.结论本文设计的自动频率控制系统前向波和反向波频率差值绝对值的平均值均小于等于0.018 MHz,稳定精度在设定的标准范围之内,达到了总体设计指标要求.%Objective To speed up the data processing, controlling accuracy and stability, and to lower the power dissipation of automatic frequency control system of medical electron linear accelerator.Methods With the way of phase discrimination, the frequency difference caused by the change of magnetron frequency was transformed to phase separation of forward wave and backward wave. The phase separation was then transformed to voltage difference which was transmitted to MSP430 microcontroller through signal processing circuit so that the generator could be successfully driven while at the same time the oscillation frequency of magnetron could be stabilized.Results The data processing speed was promoted, the power dissipation was lessened while controlling accuracy and stability were also promoted.Conclusion The average data of absolute value of frequency difference of forward wave and backward wave was less than or equal to 0.018 MHz, the stability accuracy was withinthe standard level so the automatic frequency control system of medical electron linear accelerator designed reached the target requirements of general design.【期刊名称】《中国医疗设备》【年(卷),期】2018(033)006【总页数】5页(P41-45)【关键词】医用直线加速器;自动频率控制系统;MSP430单片机;磁控管;放射治疗【作者】钱琳琳;刘彦伟【作者单位】泰安市中心医院设备科,山东泰安 271000;泰安市中心医院设备科,山东泰安 271000【正文语种】中文【中图分类】TH774引言自动频率控制系统（Automatic Frequency Control，AFC）是直线加速器控制系统的核心，其性能的稳定性将直接影响加速器磁控管产生微波频率的稳定性和准确性以及加速器输出射线（X线、电子线）的物理指标，因此，设计出一种性能稳定的自动频率控制系统将直接影响加速器质量的优劣[1-2]。
基于MSP430单片机的血氧仪的设计与实现
ＭＳＰ４３０系列单片机 的电源 电压采用的是 １．８～ ３．６ｖ电压 。 因而 可 使其 在 ＩＭＨｚ 的 时钟 条件 下运 行 时， 芯片 的 电流 会在 ２００～ ４００ｕＡ 左右 ，时钟关断模式的最低 功耗只有 ０．１ｕＡ ，由 于系统 运行 时打开 的功能模 块不 同，即采用 不 同的工作模 式， 芯片的功耗有着显著的不 同。在系统中共有一种活动模式 （ＡＭ） 和 五种 低功耗模式 （ ＬＰＭＯ～ ＬＰＭ４ ）。在等待方 式下，耗 电为 ０．７ｕＡ ，在 节 电 方 式 下 ， 最低 可达 ０．１ｕＡ 。
脉冲频率 ｉ０ ＳＰＳ １０００ ＳＰＳ：灵活 的脉 冲序 列和定时控制； 灵 活的时钟选 项：外部 时钟 ：４－６０ ＹＨｚ时钟输入和 内部时钟 ：４ ＭＢｚ振荡器 ；Ｉ２Ｃ接 口和 ＳＰＩ接 口。 ２．２系 统结 构原理框 图
血氧仪 由三部分组成 ：核 心控 制 ＣＰＵ ＭＳＰ４３０ｆ５４１９、模拟采 集 部分 、显示界面部 分三 部分 组成 ，其关系如图 １所示 ：
基于MSP430的血氧检测系统的研究的开题报告
基于MSP430的血氧检测系统的研究的开题报告一、选题背景及意义随着人们对健康意识的提高，对于血氧检测的需求也越来越大。
血氧检测是评估机体氧合水平的重要指标，而血氧检测系统是血氧检测技术的重要载体。
现有的血氧检测系统价格昂贵、体积庞大，不便于日常使用和携带。
因此，开发一款基于MSP430微控制器的血氧检测系统，具有体积小、功耗低、成本低等优势，能够满足人们日常检测的需求，具有重要的现实意义。
二、研究内容和目标本研究的主要内容是设计一款基于MSP430微控制器的血氧检测系统，并完成其硬件和软件的开发。
具体来说，包括：（1）根据血氧检测的原理和方法，设计和实现数字信号处理电路、光电检测电路和显示电路等。
（2）设计和实现系统控制模块，完成数据采集、处理和传输。
（3）根据系统需求开发相应的软件，实现数据分析和显示。
本研究的目标是设计一款结构紧凑、功耗低、操作简便、价格低廉的血氧检测系统，满足人们日常检测的需求。
三、研究方法和技术路线本研究的技术路线包括：（1）系统架构设计：对血氧检测系统的硬件和软件进行分析和设计，确定系统的整体结构和功能模块。
（2）数字信号处理电路设计：根据血氧检测的原理和方法，设计和实现包括滤波器、放大器、AD转换器和数字信号处理单元等电路。
（3）光电检测电路设计：根据血氧检测的原理和方法，设计和实现红外线和红光的光电检测电路。
（4）系统控制模块设计：包括采集、处理、传输和显示等功能。
（5）软件开发：根据系统需求，采用C语言等开发软件，完成数据分析和显示等功能。
四、预期成果及应用前景本研究的预期成果是设计一款基于MSP430微控制器的血氧检测系统，该系统具有方便携带、高精度、低功耗和低成本等优势。
该系统将主要应用于医疗行业、健康管理、运动健身等领域，具有广泛的应用前景。
基于MSP430超低功耗处理器的监护仪脉搏血氧模块
背景干扰信号进行分析放大。
大器对其进行同相放大，当两个发光二极管熄灭时，
q2cp 为红外光分离控制信号，用于将红外光脉冲 信号的后半部分及稍后（半个脉宽） 的相等时间的背
此时接收的是纯背景光电信号，放大器对其进行反相 放大，这样背景光信号在相等的时间段内，分别进行
景光干扰信号分离，留至低通滤波将其滤除。
插管提取血液的有损法，指端脉搏血氧信号的光电检
测法使病人所花的代价要小得多，并且能应用在健康
人的运动、睡眠监测研究中。本文给出了基于监护仪
的血氧模块工作原理及软硬件实现方法。
人体动脉血中血红蛋白主要以还原（Hb）和氧合
（HbO2） 形式存在。血氧饱和度定义为：
2 = 2/ + 2 ×100%
（1）
根据光学原理，当发光管发射的单色光透过具有
丰富毛细血管床的手指、脚趾和耳垂等部位，另一边
光敏管接收的透射光的强度为：
= 0× × 式中：
+ 1 1
22
（2）
下标 1、2 分别表示 Hb 和 HbO2； Ｅ、Ｃ、Ｄ 分别为溶液吸光系数、浓度和动脉血的路径
长度；
系数 a 为组织里非动脉血部分对入射光的衰减作
用，包括表皮、皮下组织、静脉血等。
当动脉血管搏动时，这部分组织的衰减作用可
=
2 8 + 16 +2 1
2
其中乘二运算可以由左移一位得。此滤波器低通
截至频率约为 10Hz，处在脉搏基频的 10 倍频处。通
带较为陡峭，滤去了极大部分高频成分，但却使波形
变得更为平滑，而其相位特性呈线性，保持波形原来
形状，有利于检测出信号直流（I）和脉动成分（ I）。 同时，两路信号波形相近，同步滤波后脉动成分变化 一致，其比值保持不变，而对直流成分 I 无影响。
MSP430的一个单芯片脉搏血氧仪设计
3. 电路实现
图 系统框图 图 描绘了系统的框图。两个 灯以 次每秒时分复用。因此 二极管被不同的 灯源交替激活。 二极管的信号被运算放大器 和 放大。 对两个放大器的输出进行采 样。采样通过 的硬件被正确排序， 软件对红外灯部分和红灯部分进行分离。 的水平和心率在 上进行显示。实时采样数据也通过 传输到 。一个单 独的 软件显示这些数据的图形跟踪。 除了 和四个晶体管，这个设计只需要一些无源器件。 这里使用一个场外的现成 兼容探头 。这个探头有一个手指甲大小的 集成传感器并且使用非常方便。探头的输入是一个 型 针连接器。
5 OA1 ADC 1000 sps LED LED LED 500 sps OA1 IIR 50Hz 6Hz 50Hz -50dB FIR
3.3.1
直流跟踪滤波器
图 跟踪滤波器框图 一个直流跟踪滤波器如图 所示。 这是一个 滤波器。该滤波器的工作能被很好地直观理解。这个滤波器会在上次输出 值的基础上加上输入值和上次输出值的差的一小部分来组成新的输出值。 如果输入有一个阶 跃变化，通过一段时间后输出将变为和输入相同。变化率由系数 来控制。 通过实验得到。 因此如果输入包含交流部分和直流部分， 系数 会相当小来产生相对于交流部分频率的 时间常数。通过一段时间后，交流部分会在累加过程中被取消，输出只会跟踪输入的直流部 分。 为了保证有充足的动态范围，计算在双精度下完成， 位。最终只有最有意义的 位 被使用。
2 LED LED Nellcor LED H 2 Port 2.3 Port 2.2 DAC0 LED MSP430FG437 5 12 DAC0 DAC MCU 10 DAC0 Hi-Z
3.2 采样和调整 PIN 二极管信号
图 输入前端电路和 控制 光二极管从接收到的光中产生电流。电流信号通过一个跨阻放大器被放大。 ，三个 内置运算放大器之一，被用来放大这个信号。由于电流信号非常小，这个放大器拥有一个低 的漂移电流就很重要。 从 输出的信号由一个大的直流部分（大约 ）和一个小的 部分（大约 峰峰值） 。 大的直流部分是由身体组织轴承部件的缺氧和散光引起的。 这部分信号是 发出光强 度的一部分。 小的交流部分由氧轴承部件比如动脉的光调制加上 环境光噪声组成。这部分信 号需要被提取和放大。 的电平控制使用图 的电路努力保持 的输出在预设范围内。正常的红色 和红外的红色 被分别控制在这预设范围内。 两个 的输出在一个小的宽限内有效地相 互匹配。 输出的交流部分的提取和放大被第二级 执行。直流跟踪滤波器提取信号的直 流部分并把它用作 的偏移输入。由于 只放大其识别的两个终端信号间的差，因而 只有输入信号的交流部分被放大。直流部分被有效滤除了。 的偏移也被放大并被加到了输出信号中。这需要在稍后被滤除。
基于MSP430的指夹式脉冲血氧仪设计
Abstract: According to Beer-Lambert law ，using two light sources in different wavelength can eliminate
the effect of scattering length and absorption length during the measurement of human bodies and obtain oxyhemoglobin saturation in an indirect way. A portable BLE-supporting finger-clamping pulse oximeter is designed based on AFE 4400 and MSP430 F5529 produced by Texas Instruments ( T I ). Digital filters are developed to deal with noises in signals. The results of experiments are compared to standard instruments， which suggests its relative error is no larger than 1.0 5 % . Besides， the instrument designed shows lower power consumption，smaller volume and better portability . The result of measurement displayed in an OLED screen， and a BLE communication module is configured， which can be connected to BLE-supporting intelligent devices to achieve a real-time monitoring for oxyhemoglobin saturation level.
基于MSP430的便携式医疗监护系统的设计
栏目编辑韩汝水氧饱和度、心率及体温等，以达到监控人体重要生理参数的目的，并能够对这些生理参数的信号进行相应的识别和处理(如关键指标不正常时自动报警)，能够提供简便的人机交互界面，数据可以传输给P C 机进行后续的处理。
便携式医疗监护系统的结构框图如图1所示。
考虑到本系统的应用需求，系统总体设计中尤其要满足微功耗、微型化和可靠性的要求，系统内的电路设计、电路形式、器件选择和电路板制作均应紧密围绕这三点展开。
图1中传感器、血氧模块、信号调理模块构成了系统内的前向通道。
传感器(如测量心电信号的电极)用于将人体的微弱生理信号转换为电信号，其输出信号需要经过信号调理模块的放大、滤波等处理。
血氧模块能够通过探头直接检测人体的血氧饱和度、心率等，目前市面上已经有供二次开发使用的监测血氧饱和度、心率等的集成电路板，其内往往已经集成了相应信号处理的内核，这种集成电路板的输出已经是符合一定格式要求的数字信号，可以由中央控制单元直接接收。
为有效放大传感器输出的有用差分信号，信号调理模块中的信号放大电路应具有较强的共模抑制和差动放大能力。
同时信号调理模块中的滤波器应采用同相结构的精密运放和R C 网络组成高阶有源滤波器。
信号调理模块同时要具有微功耗特点，能够在单电源下工作，其信号放大范围要与A /D 转换时所需要的信号幅度相一致。
中央控制单元可采用新型的6位微控制基于M SP430的便携式医疗监护系统的设计Port abl e M edi cal M oni t or i ng Syst em Based on M SP430焦纯卢虹冰周智明张国鹏西安第四军医大学生物医学工程系(西安710032)2008年1月9日收到本文修改稿。
焦纯：博士，研究方向为信号采集、传输与分析处理。
摘要：本文根据便携式医疗监护系统的设计原则，结合微功耗性能突出的16位微控制器M SP430F149，详细阐述了能满足现场监护环境的数据采集、存储和电源模块的设计思路、具体实现技巧和方法。
医用分子制氧机的智能控制系统设计与优化研究
医用分子制氧机的智能控制系统设计与优化研究在医疗行业中，氧气是治疗一系列疾病的关键物质之一。
因此，医用分子制氧机的智能控制系统设计与优化研究变得尤为重要。
本文就将探讨医用分子制氧机智能控制系统的设计和优化。
一、医用分子制氧机的工作原理首先，我们需要了解医用分子制氧机的工作原理，以便为设计智能控制系统提供依据。
医用分子制氧机采用压缩空气作为原料，通过仪器对其进行加压、过滤、干燥等处理，最终将氧气和氮气分离得到高浓度氧气。
该装置由压缩机、变压器、吸声器、干燥器、分子筛、气缸、电磁阀等部件组成。
其中，分子筛是最关键的部件之一，其作用是过滤空气中的氮气，只保留氧气通过。
二、智能控制系统的设计1.传感器系统在设计智能控制系统时，传感器系统是必不可少的一部分。
传感器系统可以对数据进行采集和处理，以便更好地控制分子制氧机的工作状态。
传感器系统应该包括氧气流量计、压力传感器、温度传感器等多种传感器。
其中氧气流量计是最为关键的传感器，用以测量输出氧气的流量和浓度。
2.控制模块控制模块是智能控制系统的核心部分，应该能够根据传感器系统的数据实时调整分子制氧机的工作状态。
它应该由以下几个部分构成：（1）微处理器，用于处理数据和控制器的输入输出；（2）模拟信号处理器，用于对传感器系统获取的模拟信号进行处理；（3）数字信号处理器，用于数字信号的处理与分析。
3.人机界面人机界面应该是智能控制系统的一个重要组成部分。
通过它，医护人员能够操作和监测分子制氧机的工作状态，以确保其正常工作。
人机界面应该具备显示数据、报警、故障处理、调整控制参数等功能。
同时，为保证其易用性，人机界面应该具有友好的用户交互界面和操作指南。
三、智能控制系统的优化对于智能控制系统的优化，我们应该从以下几个方面出发：1.控制策略优化控制策略优化是提高分子制氧机工作效率以及改善氧气输出质量的关键所在。
我们可以采用PID控制或者深度学习等方式，对其进行优化。
2.制氧机的能耗优化为了保障环境可持续发展，制氧机的能耗也需要被优化。
基于MSP430医用制氧机控制系统的设计与实现
Ａ ｓｇ ｎ ａ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｅ ｉａ ｙ ｅ ｎ ｅ ｔ ａ ｏ ｎ ｒ ｌ ｙ ｔ ｍ ｓ ｄ ｏ Ｓ ４ ０ Ｄｅ ｉｎ ａ ｄ Ｒｅ ｌ ｔ ｆＭ ｄ ｃ ｌ ｚ ｏ Ｏｘ ｇ ｎ Ｃｏ ｃ ｎ ｒ ｔ ｒ ＳＣｏ ｔ ｏ ｓ ｅ Ｂａ ｅ ｎ Ｍ Ｐ ３ Ｓ
介 绍 了 医用 制氧 机 的 工 作流 程 、 理 及 结 构 原 该 系统 应 用 了 ＭＳ ４ ０ Ｐ ３ Ｆ内置 的 高精 度 Ａ Ｄ 转 换 器 来 实现 对 各 个 关键 参数 的检 测 及控 ／
制。 其优 势在 于 充 分利 用 了 Ｍ Ｓ ４ ０的 内部 资 源 ， 得 外 围元 器 件很 少 ， 耗 极 低 。特 别 的 ， ／ 转换 器有 较 高的 转 换速 率 ， 高 可 Ｐ３ 使 功 ＡＤ 最
Ｃ ｍｐ ｔ ｎ ｗｅ ｇ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ电脑 知 识 与技 术 ｏ ｕ ｒ ｏ ｌｄ ｅａ ｄＴ ｃ ｎ ｌ ｅＫ ｇ
Ｖｏ ． ， ．０ Ａｐ ｉ ２ １ ，Ｐ ． ５ —２ ０ ２ ２ １ Ｎｏ １ ， ｒｌ ０ ０ Ｐ ２ ０８ ５ ９， ５１ ６
基于 ＭＳ ４ ０医用制氧机控制系统的设计与实现 Ｐ３
．
Ｋｅ ｗｏｒ ：Ｍ ＳＰ４ ０； ｏ ｐｏ ｅ ；Ａ／ ｏ ｅ ｒ ｙ ｄｓ ３ ｌ ｗ ｗ ｒ Ｄ ｃ ｎｖ ￣ｅ
随 着科 学 技 术 与社 会 的 进步 和发 展 ， 气 的 消耗 量 日益 增 大 ， 极 大 的促 进 了 制 氧 技术 的发 展 ， 氧 这 并且 许 多 高 技 术 含 量 的 新 型 医
ｌ Ｎ ０ － ０ ４ ＳＳ １ ９ ３ ４ ０
Ｅ ｍａ ： ｆ ＠ ｅｃ ｅ． — ｉ ｋｙ ｅｅ． ｔ ｎ ｌ ｊ ｎ ｅ
ｈｔ ： ｗ ｗ． ｎ ｓ ｅ ．ｎ ｔ ／ ｗ ｄ ｚ． ｔ ｐ／ ｎ ｅ Ｔ ｌ ８ — ５１ ５ ９ ９ ３ ５ ９ ９ ４ ｅ： ６ ５ — ６ ０ ６ ６ ０ ６ ＋
基于msp430胰岛素泵在线升级技术设计与实现
所选择的汉字字体会被保存在闪存（ＦＬＡＳＨ），所选择的液晶显示器模块中，ＭａｅｓｔｒｏＰｕｍｐ能够容易方便的满足未来国际化的需要．现在的液晶显示模块通过硬件容量能够支持未来的国际化需要，满足多语言的显示．液晶显示器可以显示多种语言字体的特性，达到修改必要的软件而不改变硬件部分．３．２串口电平转换电路的设计ＲＳ－２３２Ｃ是由美国电子工业Ｉ办会ＥｔＡ正式公布的在异步串行通信中应用最为广泛的标准总线。
它包括了按位进行串行传输的电气和机械方面的规定．适合短距离或带调制解调器的通信场合。
这个标准对串行通信的信号线功能、电器特性都作了明确规定。
由于通信设备厂商都生产与ＲＳ－２３２Ｃ制式兼容的通信设备．因此，只要通信设备支持ＲＳ－２３２Ｃ这一标准，就可以将它们和微机的ＣＯｌｄＥｌ相连，进行串行通信ｒ７１．串行通信是指一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式。
串行通讯的特点是：数据位传送，按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成，成本低但传送速度幔。
但是对于嵌入式软件来说代码量不大，故可以接受低速度的。
成本低，是我们采用它做软件升级的又一个原因。
计算机主板后大都是集成了ＲＳ－２３２－Ｃ“Ｄ”型的ＤＢ－９针插头座（如图３．１）。
这里我们不使用控制信号线，只需要三条接口线，即“发送数据（１妨）”、“接受数据（ＲｘＤ）”和“信号地（ａ帕）”传输线采用屏蔽线。
传输线的长度大约在一米左右就可以．昭眦ＩＩＤ瓠ＤＩＲ＂Ｄ图３．１串口引脚定义Ｆｉｇ３．１ＣＯＭｄｅｆｉｎｅｐｉｎ圈３．２Ｍｉｍ－ＵＳＢ外观图Ｆ地３．２Ｍｉｎｉ－ＵＳＢａｐｐｅａｍ瑚胰岛素泵是袖珍式的，这里的串口我们不采用ＤＢ－９型的接口，外观上不雅观。
我们采用的是Ｍｉｎｉ－ＵＳＢ接口（如图３．２）．而ＵＳＢ使用４条通讯线，我们定义只使用其中的三条线与从计算机ＤＢ－９出来的线相接．东北大学项士学位论文第３章在线升级硬件设计行发送端ＴｘＤ；ＲＩＯＵＴ和Ｒ２０ＵＴ可直接ＴｒＬ／ＣＯＭＳ电平的ＭＳＰ４３０单片机串行接收端ＲｘＤ；ＴＩＯＵＴ和Ｔ２０ＵＴ可直接接ＰＣ机的ＲＳ－２３２串日的接收端ＲｘＤ：ＲＩＩＮ和Ｒ２ＩＮ可直接接ＰＣ机的ＲＳ－２３２串口的发送端ＴｘＤ．３．３接口电路设计３．３．１Ｌ∞接口电路设计为提供友好的人机界面，增强处理功能，本胰岛索泵采用了液晶显示器显示菜单和胰岛素的注入量。
基于MSP43F149的医用分子筛制氧机数据采集系统的设计
Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术计算机工程应用技术本栏目责任编辑：梁书第6卷第11期(2010年4月)基于MSP43F149的医用分子筛制氧机数据采集系统的设计耿正波，庹先国，刘毅，邓韩彬（成都理工大学信息工程学院，四川成都610059）摘要：该文介绍了以MSP430F149为核心的医用分子筛制氧机数据采集系统的设计与实现，具体介绍了系统的工作原理及各功能部分的实现方法。
经测试，系统整体工作稳定可靠。
关键词：MSP430F149；分子筛制氧机；数据采集中图分类号：TP274文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2010)11-2763-02The Design of Data Acquisition System for Medical Molecular Sieve Oxygen Generator Based on MSP430F149GENG Zheng-bo,TUO Xian-guo,LIU Yi,DENG Han-bin(Institute of Information Engineering,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China)Abstract:This paper introduces the implementation of data acquisition system used MSP430F149as its core for a molecular sieve oxygen generator.The system's work principle and realization be embodied.By test,the system can work reliably and stably.Key words:MSP430F149;molecular sieve oxygen generator;data acquisition氧气是医院正常运转过程中必不可少的一个要素。
基于MSP430智能医药箱系统设计及实现
收稿日期:2018-02-12作者简介:黄卉(1982—),女,广东茂名人,硕士研究生,讲师,研究方向:信号与信息处理。
随着物质生活水平的逐步提高,人们越来越重视自身健康状况,对于家用简易医疗设备的需求越来越广泛,促进了家用设备的信息化及智能化。
本项目立足于原有医疗箱的基本功能,利用一系列措施对其进行改进,主要增加测量体温、心率、体现药箱内“药物状态”、万年历等功能,以实现更多的信息传递。
1 设计方案MSP430F149智能医疗箱系统的主要职能是测量人体体温及心率。
功能细分为人体体温测量、人体心率测量、药箱内“药物状态”检测、智能药箱开启、信息显示等多个方面。
系统以MSP430F149为控制核心,通过外接测量设备、显示设备、机械设备、无线设备实现功能[1]。
系统方案设计图如图1所示。
2 硬件设计2.1 MSP430F149为控制器MSP430F149IPM是TI公司设计生产的一款超低功耗的16位单片机。
具有低电压、超低功耗、快速苏醒、16位精简指令集MCU、高精度12位ADC、片内比较器等特点。
2.2 MLX90614ESF红外非接触温度传感器人体体温的测量主要通过传感器MLX90614ESF红外非接触温度传感器模块来实现。
该模块是根据被测物体红外辐射能量来确定物体温度,能够实现快速准确测量。
测量之后使用SMBus输出模式对测量数据和MSP430之间进行数据传输,经过MSP430平均数处理获得平均数,最终通过LCD显示屏显示。
2.3 pulsesensor脉搏心率传感器人体心率的测量主要通过pulsesensor脉搏心率传感器来实现,该模块是根据光电反射原理来确定人体心率。
当光束透过人体外周血管,由于动脉搏充血容积变化导致这束光的透光率发生变化,此时由光电变换器接受经人体组织反射的光线转变为电信号。
该传感器输出模拟信号并直接将该电信号输入到MSP430单片机(MSP430F149自带AD),输入后单片机直接计算相邻的两个脉搏波的峰值点的时间并滤波,得到两次心跳之间的时间,即为IBI数值,经过BPM(心率)=60/IBI的简单计算即能够获得心率值[2]。
MSP430助力医疗解决方案实现性能突破
MSP430助力医疗解决方案实现性能突破TI MSP430 产品系列已经在医疗电子产品中广泛应用，其一系列高性能解决方案也获得了CMET2010 中国国际医疗c 大会专业听众的青睐。
德州仪器1996 年到2000 年初，先后推出了31x、32x、33x 等几个系列，这些系列具有LCD 驱动模块，对提高系统的集成度较有利。
每一系列有ROM型（C）、OTP 型（P）、和EPROM 型（E）等芯片。
EPROM 型的价格昂贵，运行环境温度范围窄，主要用于样机开发。
这也表明了这几个系列的开发模式，即：用户可以用EPROM 型开发样机；用OTP 型进行小批量生产；而ROM 型适应大批量生产的产品。
心电图仪等解决方案。
血氧仪解决方案框图在血氧仪设计中，为适应低端诉求，TI 系列高度集成的MSP430 超低功耗微处理器（MCU）减少了在设计中所需的外部组件数。
因为信号链、电源管理和显示驱动器的元件已集成到MCU。
中高端实施可能需要具有低电源电流的更高性能处理器和更高精密度的模拟组件。
通过复杂算法，DSP 技术可精确读取极低电平信号，数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波。
因此在进行数字信号处理之前需要将信号从模拟域转换到数字域，这通常通过模数转换器实现。
而数字信号处理的输出经常也要变换到模拟域，这是通过数模转换器实现的。
这一附加处理功能在脉动式血氧计中非常有用，它能测量其它波长的吸收以检测其它种类氧络血红蛋白的饱和度。
MSP430 助力医疗解决方案实现性能突破”src=“editerupload.eepw/fetch/20140120/216985_1_3.jpg”。
基于MS430的液氧流量计
基于MS430的液氧流量计刘娜【摘要】现有的液氧流量计存在着温漂大、易受外界信号干扰、精度低、抗过载(冲击)能力差、存在静态密封点等缺点.为解决这一问题,设计了一种基于MSP430单片机的液氧流量计,该流量计在硬件方面集单片机、流量、温度、压力传感器于一体,使用最新型电容力传感器作为测量和敏感传递元件,同时利用新型信号处理处理电路,有效地剔除了现场的各种干扰.在软件方面使用温压补偿计算,计量准确,整机功耗极低,能凭借内电池长期供电运行,是理想的无需外电源的智能仪表.【期刊名称】《石油和化工设备》【年(卷),期】2016(019)001【总页数】6页(P53-57,65)【关键词】MS430;旋进旋涡;液氧流量计【作者】刘娜【作者单位】辽宁机电职业技术学院信息工程系,辽宁丹东118009【正文语种】中文液氧流量计（以下简称液氧计）于上世纪60年代开始应用于工业流量测量，主要用于解决高黏度、低雷诺数流体的流量测量，专门用来计量液氮、液氧、液氯、液氨、LNG、液氩等低温液体。
随着新型传感器、微电子技术的发展，本文设计的液氧计采用微处理器技术和新型电容力感传感器，既有涡街等流量计无可动部件的特点，又具有很高的灵敏度、可与容积式流量计相媲美的准确度、量程范围宽的优点。
本液氧计具备现场显示功能，也可将流量信号以脉冲的形式远传输出。
仪表价格低廉，集成度高，体积小巧，特别适用于与二次显示仪、PLC、DCS等计算机控制系统配合使用。
通过理论分析和实验证明，这种液氧计实现了低功耗基础上的高精度测量，具有很好的市场前景[1][2]。
1.1 液氧计结构图及工作原理液氧计在管道中心安放一个涡轮，两端由轴承支撑。
当流体通过管道时，冲击涡轮叶片，对涡轮产生驱动力矩，使涡轮克服摩擦力矩和流体阻力矩而产生旋转。
涡轮的转速通过装在机壳外的传感线圈来检测，传感线圈将检测到的磁通变化信号送入前置放大器，产生与流速成正比的脉冲信号，送入单位换算与流量积算电路得到并显示累计流量值和瞬时流量值[3]。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
基于MSP430医用制氧机控制系统的设计与实现作者：刘毅,庹先国,耿正波,邓韩彬来源：《电脑知识与技术》2010年第10期摘要:详细介绍了基于美国TI公司的超低功耗芯片MSP430F149医用制氧机控制系统的工作原理以及软硬件的设计方法,并简单介绍了医用制氧机的工作流程、原理及结构。
该系统应用了MSP430F内置的高精度A/D转换器来实现对各个关键参数的检测及控制,其优势在于充分利用了MSP430的内部资源,使得外围元器件很少,功耗极低。
特别的,A/D转换器有较高的转换速率,最高可达200Kbps。
开发成本低。
关键词:MSP430;低功耗;A/D转换器中图分类号:TP333文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2010)10-2508-02A Design and Realization of Medical Oxygen Concentrator's Control System Based on MSP430 LIU Yi, TUO Xian-guo, GENG Zheng-bo, DENG Han-binAbstract: This paper detailed introduced the theory and design and realization of software and hardware of medical oxygen concentrator's control system that based on TI company's Low-power MSP430F149, and simply introduced the medical oxygen concentrator's work flow, principle and structure. The system applied MSP430's high precision A/D converter to realize detect and control every key parameter. The system have the advantage of sufficient utilized the MSP430's interior resource, so use few else component and lower power. Especially, A/D converter has high convert speed, The most high speed can reach 200 Kbps, and have low fund plunge.Key words: MSP430; low power; A/D converter随着科学技术与社会的进步和发展,氧气的消耗量日益增大,这极大的促进了制氧技术的发展,并且许多高技术含量的新型医疗设备不断地走进医院,广泛地应于临床诊断和治疗中。
现在工业和医用中应用最为普遍的且发展前景更好的就是变压吸附制氧机,它改变了医院氧气由制氧厂提供的传统模式。
制氧机的控制从最早的人工控制发展到比较简单的机械控制,到现有的PLC控制,都在逐渐的向着控制的智能化和数字化方向发展。
但现如今的PLC控制存在着数字化和智能化较低,且成本较高的缺点。
因此,在探讨以往的控制方法的基础上,提出了单片机系统控制的方法。
随着微电子技术的不断创新,以及大规模集成电路工艺水平的不断提高,出现了更多、更好的低功耗、高性价比的微处理器,从而使得嵌入式系统的设计方法不断的推陈出新,向传统的设计方法提出挑战。
本文所介绍的制氧机控制系统采用美国TI公司的超低功耗16位微控制器——MSP430F149[1-2]作为系统级芯片,使用其内置的A/D转换器,使得整个系统设计成本和功耗都降低,且测量精度与速度也大大提高。
本文根据制氧机的设计目标和工作过程,确定了系统控制的整体软硬件设计。
系统主要任务是:使用单片机系统监控各个关键参数,同时使用RS485通信接口实现数据传输,便于上位机对系统的监控,从而实现控制系统的智能化和数字化。
1 PSA技术和制氧机控制过程变压吸附PSA(Pressure Swing Adsorption)技术[3]是国际上最近30年新兴起来的制氧技术,PSA制氧属于常温物理制氧,与传统的低温制氧相比具有灵活性好、操作简单、能耗低、运行成本低和自动化程度高等优点。
变压吸附制氧是利用空气中的氧气和氮气在吸附剂上的吸附容量、吸附速度和吸附力等方面的差异及吸附剂对氧、氮随压力不同具有不同的吸附容量的特性,实现氧气分离制取的。
当气体物质与固体物质组成一个吸附体系时,在相界面处的成分产生积蓄的现象称为“吸附”;已被吸附的气体分子重新返回气相的过程称为“解吸”。
PSA技术简单的说就是在常温下,加压时吸附,减压时解吸的循环操作过程。
图1为SCSICS O2 Pioneer 40医用制氧机结构图,其主要由空压机、过滤器、分子筛吸附塔、增压机、冷却装置、电磁阀和气罐等组成。
制氧机的工作过程为:启动空压机使空气经过油尘过滤器,去除水分和油脂后,空气进入分子筛吸附塔,经过吸附塔后分离出纯净的氧气。
在制氧机工作的过程中,分子筛吸附塔出来的氧气浓度值和储气罐的压力值是重要的控制参数。
为防止不符合要求的氧气进入医院管道,需对不达标氧气进行排泄。
而且对于医院的用氧压力也有要求,在规定范围内可以使用,一旦超出范围,必须控制储气罐内的压力值,以达到设定值。
如果压力超出设定值过高,则进行停机处理。
2 控制系统的硬件设计2.1 系统芯片MSP430F149图2为制氧机控制系统的原理框图。
系统采用MSP430F149单片机为主控芯片。
MSP430系列是美国德州仪器公司生产的一种超低功耗的flash微控制器,有“绿色微控制器(Green Mcu)”称号,其技术特征代表了单片机的发展方向。
其存储器模块是目前业界所有内部集成flash存储产品中能耗最低的一种,消耗功率仅为其它闪速微控制器(Flash Mcu)的五分之一。
同其它微控制器相比,既缩小了线路板空间,又降低了系统成本。
该系列新型器件集成了业界领先的超低功率闪存、高性能模拟电路和一个16位精简指令集计算机(RISC)CPU,指令周期可达125ns,且大部分指令可在一个指令周期内完成。
工作电流极小,CPU处于工作模式LMP5时,电流可低至0.1μA。
另外该芯片属低电压器件,仅需1.8-3.6V电压供电,从而有效降低了系统功耗。
它具有超低功耗的数控振荡器技术,可以实现频率调节和无晶振运行。
6μS的快速启动时间可以延长待机时间并使启动更加迅速,降低了电池的功耗。
MSP430F149片内资源丰富:带有3个捕获/比较寄存器的16位Timer A,60KB Flash Rom和2MB的Sram,8路快速12位A/D转换器,2个通用串行同步/异步通信信号接口(US-ART),具有6个输入输出带有施密特触发器的I/O口,共48根I/O口线。
I/O端口功能强大且十分灵活,所有的I/O口均可单独配置,每一根口线分别对应输入、输出、方向和功能选择等多个寄存器里的一位。
2.2 I/O接口驱动电路MSP430F149单片机有6个共48根I/O口线,所以对于本系统的需求已经足够。
该系统有6个机组的开关输入和1个自动/手动选择信号的输入。
由于设备中有一部分是强电电路,为了增强输入接口信号的抗干扰能力,设计了图3所示的I/O口输入驱动隔离电路。
另外7个输入口的电压都为12V,而单片机的高电平电压最高为3.3V,通过PC847可以将其电压调整为3.3V,同时PC847有光电隔离效果,这样大大提高了输入端的抗干扰能力,增加了系统的稳定性。
以Ca1运行为例,当Ca1有12V输入时,使得Co1与Em1导通, AIN2输入为3.3V高电平,这样单片机就可以检测信号并进行相应的操作。
图4所示为输出驱动电路,74HC245是双向3态数据缓冲器,由于单片机I/O口的输出电压为3.3V,而ULN2803达林顿管阵列的驱动电压为5V,同时74HC245起到了数据缓冲的作用,提高了单片机的带载能力。
这里输出是对8个继电器进行控制,我们采用的继电器是固态继电器,其内部带有光电隔离器,很大程度上提高了抗干扰能力。
另外,其驱动电流需要达到50mA,所以在其前端加上ULN2803使输出电流满足继电器的驱动要求。
以P47口为例:当P47口输出高电平时,在B0口将输出5V电压,这时ULN2803将接通,OUT1口将有输出电流,此时继电器会接通,控制后端的电路运行。
2.3 RS485通讯模块设计中采用RS485通讯模块,实现与上位机的通讯,以便形成网络化控制和远程控制,很大程度上提高了设备的智能化,使得设备更具有市场竞争力。
该部分设计是由MSP430F149单片机的通用串行口UTXD1、URXD1经MAX485[4]芯片转换为RS485总线。
RS485协议采用主从应答的方式与上位机进行通讯。
MSP430F149单片机作为从机,等待主机发送指令。
RS485通讯模块采用半双工异步通讯,从机以中断的方式接收。
RS485通讯模块电路如图5所示。
2.4 数据存储电路由于系统需要保存一些数据,例如:各个机组的运行时间,整个系统的工作时间等等,以方便用户维修、检测。
设计中采用的存储芯片是M25P80,它是8引脚的带有8M大容量串行接口的Nand Flash器件,采用的是2.7~3.6V单电源供电,标准的SPI接口,与单片机的硬件接口连接非常简单。
图6所示为M25P80与MSP430F149的硬件连接图。
3 系统的软件设计系统软件程序包括主程序、采样子程序、外部中断子程序、内部定时器中断子程序、LCD 显示子程序、存储子程序、RS485通讯子程序。
主程序的流程如图7。
系统上电后将完成定时器、SPI、LCD和ADC的初始化,另外还有开关量的状态。
然后根据设备的状态将会自动运行。
程序中采用了5个中断,故障报警中断,采样压力、浓度和数据传输完毕的输出中断,还有定时器定时中断。
定时器定时时间为50mS,用于定时检测压力和浓度信号,同时每定时10分钟存储一次数据。
为了较精确的测量压力和浓度信号,系统对每个模拟量均连续采样20次,去除采样中最大值和最小值,再对剩余的采样值取算术平均值作为本次的采样结果。
4 结束语随着功能强大的高速微处理器的出现,许多系统的硬件功能转移到软件上来实现,降低了硬件的设计难度。
硬件功能软件化的优势在于使得外围元器件最少,功耗极低,而且部分参数可调,增强了系统的灵活性。
本系统以MSP430F149为核心,仅使用很少的外部元件实现功能,使系统功耗极低,设计成本下降,并且系统充分利用了微处理器的内部结构,使得硬件结构简单,软件设计灵活,并具有自动报警和远程监控功能。