基于基于STM32的便携式无线多参数肺功能测试仪设计的便携式无线多参数肺功能测试仪设计
开发一种界面友好、可与医院联网的便携式无线多参数肺功能测试仪,由层流流量传感器、STM32处理器、
LCD触摸显示屏和GPRS模块设计而成。该仪器可以测试常规肺功能指标、用力呼气肺量图部分平均通过时间
(MTTp)、显示容积-时间曲线、流量-时间曲线、流量-容积曲线,采用的触摸液晶屏为用户提供可视化操作界
面,另外数据还可以通过GPRS传输到医院,实现远程医疗。测量的常规肺功能指标与标准肺功能仪的测量值无
显著差异。该仪器体积小,成本低,界面友好,操作简单,适合推广到家庭和中小型医院使用。
摘摘 要要: 开发一种界面友好、可与医院联网的
关键词 关键词: 肺功能仪;STM32;便携;GPRS
0 引言引言
呼吸系统疾病是临床上常见的疾病,以肺功能障碍为明显特点,典型的如慢性阻塞性肺疾病(COPD)在国内的各城市发病
率高达5%~13%[1],而且伴随中国老龄化的不断加剧其发病率将不断上升。临床证实常规肺功能检测的指标是诊断COPD的
金标准,是判断气流受限的客观依据,对肺功能的诊断、疾病进展、预后及治疗反应等均有重要意义[2]。非常规指标用力呼
气肺量图部分平均通过时间是一个全面反应容积-时间曲线特征的参数,对小气道气流阻塞有更高的敏感性,对探索慢性支气
管炎、支气管哮喘等慢性阻塞性的早期诊断具有重要临床意义。
目前国外虽有少数的小型肺功能仪上市,但因其显示界面简单、操作繁琐、仅有常规肺功能指标等缺点极大地限制了它们
的应用,本文研制的无线多参数肺功能测试仪可检测的常规肺功能指标有:(1)用力肺活量(FVC):深吸气后,用最大力量、最
快速度所能呼出的最大气量;(2)第1 s用力呼气容积(FEV1.0):最大呼气第1 s呼出的气量容积,相应的还有FEV2.0和
FEV3.0;(3)1秒率:FEV1.0/FVC;(4)2秒率:FEV2.0/FVC;(5)最大分钟通气量(MVV):单位时间内以最快的速度做最大自
主努力呼吸所得到的通气量;(6)呼气峰流量(PEF):用力呼气时的最高流量;(7)用力呼气25%肺活量时的瞬间流量(MFE75),
相应的还有MFE50和MFE25;(8)最大呼气中期流量(MMEF):用力呼气量为25%~75%肺活量间的平均流量。仪器可检测的
非常规肺功能指标有MTTp,指将用力呼气肺量图分成10等份后每一等份的用力呼气肺量平均排出时间,包含MTT20%~30%
(20%~30%部分的用力呼气肺量图部分平均通过时间),相应的还有MTT45%~55%和MTT70%~80%。仪器可显示的曲线包含
容积-时间曲线、流量-时间曲线、流量-容积曲线。另外测得数据还可通过GPRS模块无线传输到医院,实现远程医疗。
1 系统总体结构系统总体结构
本系统由层流流量传感器、低通滤波电路、STM32控制模块、LCD触摸显示模块、SD卡存储模块、GSM/GPRS模块、上
位机接收及处理模块组成。气流经层流流量传感器后的信号经低通滤波电路滤除外界干扰后由STM32的ADC模块采集,采集
的数据经处理后以波形的方式在LCD上实时显示;采集结束后肺功能参数将在LCD上显示,并可以txt文档形式保存在SD卡
中,最后可由GPRS模块以无线方式传输到远端上位机;系统上位机界面用C#编程,用于接收数据并保存数据到数据库中,
以及调取数据库数据来显示肺功能参数和曲线。系统结构如图1所示。
2 系统硬件设计系统硬件设计
2.1 微处理器微处理器
本文使用ST公司基于Cortex-M3内核的32位STM-
32F103RBT6单片机完成对气体流动引起的压力差电信号的采集、模/数转换、数据的处理、数据的无线发送、LCD触摸
显示等功能。该单片机最高工作频率72 MHz,具有CAN、SPI、7个定时器和2个ADC模块等外设资源。
2.2 层流流量传感器模块层流流量传感器模块
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