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《可穿戴式睡眠呼吸监测系统设计》篇一一、引言随着科技的不断进步和人们对健康的关注度逐渐提升，睡眠质量的监测已成为人们生活中不可或缺的一部分。
特别是在呼吸相关疾病和睡眠障碍领域，如何进行便捷、实时、准确的监测与诊断成为研究的热点。
可穿戴式睡眠呼吸监测系统，以其小巧轻便、佩戴舒适、实时监测等优点，在医疗健康领域展现出巨大的应用潜力。
本文将详细探讨可穿戴式睡眠呼吸监测系统的设计，旨在为改善人们的睡眠质量和提高医疗健康水平提供新的技术手段。
二、系统需求分析可穿戴式睡眠呼吸监测系统需满足以下需求：1. 实时监测：系统需能够实时监测用户的呼吸状况和睡眠质量。
2. 准确性：监测结果需准确可靠，为医生提供有效的诊断依据。
3. 舒适性：系统需具备小巧轻便、佩戴舒适等特点，以降低对用户的影响。
4. 便捷性：用户可轻松佩戴并随时进行监测，无需过多操作。
三、系统设计根据需求分析，可穿戴式睡眠呼吸监测系统的设计应包括硬件设计和软件设计两部分。
（一）硬件设计硬件部分主要包括传感器、数据处理单元、电源模块等。
其中，传感器负责实时监测用户的呼吸状况和睡眠质量，如压力传感器、光电传感器等；数据处理单元负责接收传感器数据并进行处理，如滤波、放大、A/D转换等；电源模块为系统提供稳定的电源供应。
此外，为保证佩戴舒适性，硬件设计需考虑轻量化、小型化等因素。
（二）软件设计软件部分主要包括数据采集、数据处理、数据传输和用户界面等模块。
数据采集模块负责从传感器中获取数据；数据处理模块对采集的数据进行处理，如滤波、去噪、特征提取等；数据传输模块将处理后的数据传输至手机或电脑等设备；用户界面则提供友好的交互方式，如显示监测结果、设置参数等。
四、系统实现为实现可穿戴式睡眠呼吸监测系统，需进行以下步骤：1. 传感器选型与配置：根据需求选择合适的传感器，并进行配置，确保其能够准确监测用户的呼吸状况和睡眠质量。
2. 硬件设计与制作：根据硬件设计图进行制作，确保硬件部分具备轻便、舒适等特点。
《可穿戴式睡眠呼吸监测系统设计》篇一一、引言随着人们生活节奏的加快和健康意识的提高，睡眠呼吸监测成为了一项重要的健康管理手段。
然而，传统的呼吸监测设备通常需要在医院或专业机构进行，不仅使用不便，而且难以实时监测和追踪。
因此，设计一款可穿戴式睡眠呼吸监测系统，能够在家庭环境中实现对睡眠呼吸的实时监测和追踪，对于提高人们的健康水平具有重大意义。
本文将介绍一种可穿戴式睡眠呼吸监测系统的设计思路和实现方法。
二、系统需求分析首先，要明确系统的目标用户为需要进行睡眠呼吸监测的人群，如打鼾、睡眠呼吸暂停等患者。
其次，系统需要具备实时监测、数据记录、异常报警等功能。
此外，为了方便用户使用和医生诊断，系统还需要具备数据可视化、云端存储、远程通信等辅助功能。
在需求分析中，我们还应关注设备的穿戴舒适性、功耗、续航时间等因素。
三、硬件设计可穿戴式睡眠呼吸监测系统的硬件部分主要包括传感器模块、主控模块、电源模块等。
传感器模块负责采集用户的呼吸信号，可采用胸带式或耳塞式传感器。
主控模块负责处理传感器数据，并与其他模块进行通信。
电源模块为系统提供稳定的供电保障。
在硬件设计中，我们应注重设备的轻便性、舒适性以及功耗控制。
四、软件设计软件部分包括嵌入式系统和上位机软件两部分。
嵌入式系统负责实时处理传感器数据，实现数据采集、处理和存储等功能。
上位机软件则负责与嵌入式系统进行通信，实现数据可视化、异常报警、云端存储等功能。
此外，上位机软件还应提供友好的用户界面，方便用户操作和医生诊断。
在软件设计中，我们应注重系统的稳定性和安全性，确保数据的准确性和可靠性。
五、算法设计算法是可穿戴式睡眠呼吸监测系统的核心部分，主要涉及呼吸信号的采集、处理和识别。
我们采用先进的信号处理算法和模式识别技术，实现对呼吸信号的实时采集和准确识别。
此外，我们还需设计一套完整的异常检测算法，能够在发现异常呼吸情况时及时报警，以便用户和医生采取相应措施。
在算法设计中，我们应关注算法的准确性和实时性，确保系统能够满足实际需求。
２１３２０００年１０月中国医学物理学杂志Ｏｃｔ．２０００堕！！壹苎！塑垡坠！竺』壁坚婴型坚坐堂堂皇塑：坠！阻抗式呼吸监护系统的研制曾细武１．邓素恺１。
罗丽辉２（１．第一军医大学生物医学工程系．广东广州５１０５１５；２中山医科大学．广东广州５１００００摘要：研制了一种采甩单片机控制的阻抗式呼吸监护系统，它与心电监护共用一对电枉．可作为心电呼吸监护杖的一个子功能模块。
同时它也可以杜立工作。
谊阻抗式监护系统对心电、肌电等外乔干扰有较好的抑制作用．获得的呼嗄波形。
穗定性好。
具有较太的临床应用价值。
关羹词：生物阻抗；阻抗式呼吸描记击；电枉；调制解调中围分粪号：Ｒ３１８．６文献标识码：Ａ文章编号：１００５—２０２Ｘ（２０００ｊ０４—０２１３－０２前言：生物阻抗是指生物体或生物组织、器官在低于兴奋闭值的弱电流通过时所表现出的导电和介屯特征。
生物阻抗一般包括电阻、感抗和容抗三部份，感抗的作用一般很小，可忽略不计，容抗在５０～１００ｋＨｚ的高频电流作用下，对实际测量结果影响也很小．所以胸部阻抗基本上是电阻的变化。
其电阻变化与容积变化的关系．１９４０年Ｎｙｂｏｅｒ根据血管圆柱体电阻抗模型推导出来，并通过动物实验得到了证实，如（１）式：，１－，２ｄＶ＝一ＰＩ－“４－Ｉｄｚ（１）、６／其中．ｙ为圆柱体的体积．Ｐ为电阻牢，Ｌ为长度．Ｚ为阻抗。
实际上．由于人体组织的非均匀和各向异性．因此该式只是一种简单粗略的近似．它表示了圆柱形导体的体积改韭和阻抗之间的关系，当体积增大时，阻抗硪小。
有两种因索影响人体的体积变化：博动忭血流和呼吸。
而对人体阻抗的变化影响，后者比前者大一个数量缀（搏动性血流：０．１—０．２ｎ，呼吸：１—２ｎ）．因此我们可以通过阻抗来监测人体的呼吸活动。
这种测量方法．我们称之为阻抗呼吸描记法。
１系统测量原理阻抗法测量人体电阻主要有电桥法、恒流法和恒压法三种。
电桥法对皮肤处理要求较高，【ｆｉｉ且电桥平衡渊节困难；恒压法与恒流法本质一样．本仪器采用恒流法来测量胸部阻抗．对于恒流法，由式４［１－－１·凸斤知．当，恒定时，电压变化与阻抗变化成正比，因此只需测量胸吉｜；电极两端的电压即可测得胸部阻抗。
《可穿戴式睡眠呼吸监测系统设计》篇一一、引言随着人们生活节奏的加快和健康意识的提升，健康管理已经成为了一个热门话题。
而其中，呼吸健康尤为关键。
尤其对有呼吸疾病、心脑血管疾病患者或者年龄较大的群体，他们需要在夜间保持良好的呼吸状况以防止潜在的呼吸困难等问题。
可穿戴式睡眠呼吸监测系统便是在这样的背景下应运而生，旨在为这些群体提供更为便捷、有效的呼吸健康监测服务。
二、系统设计概述可穿戴式睡眠呼吸监测系统是一款结合了现代传感器技术、数据分析技术以及移动通信技术的创新型健康监测设备。
该系统主要分为硬件和软件两部分，硬件部分包括可穿戴式传感器、数据传输模块等；软件部分则包括数据采集、处理、分析以及展示等模块。
三、硬件设计1. 可穿戴式传感器：传感器是整个系统的核心部分，其作用是实时监测用户的呼吸状况。
传感器需采用微型化、轻量化的设计，便于用户长时间佩戴。
同时，传感器应具备高灵敏度、低功耗的特点，以保障其能够在夜间持续工作。
2. 数据传输模块：数据传输模块负责将传感器收集的数据传输到中心服务器。
为了保证数据传输的实时性和准确性，我们选择使用低功耗蓝牙或WiFi进行数据传输。
四、软件设计1. 数据采集：通过传感器实时收集用户的呼吸数据，包括呼吸频率、呼吸深度等。
2. 数据处理：收集到的原始数据需要进行预处理，如去噪、滤波等，以提高数据的准确性。
3. 数据分析：通过算法对处理后的数据进行深度分析，判断用户的呼吸状况是否正常。
若发现异常，系统将自动发出警报。
4. 数据展示：将分析结果以图表或报告的形式展示给用户或医生，便于他们了解用户的健康状况。
五、系统功能1. 实时监测：系统可实时监测用户的呼吸状况，包括呼吸频率、呼吸深度等。
2. 异常警报：若发现用户呼吸异常，系统将自动发出警报，提醒用户或医生注意。
3. 数据存储：系统可长期保存用户的呼吸数据，方便医生进行长期跟踪和评估。
4. 数据分析与报告：系统可根据用户的需求生成个性化的健康报告，帮助用户更好地了解自己的健康状况。
《可穿戴式睡眠呼吸监测系统设计》篇一一、引言随着人们生活节奏的加快和健康意识的提高，睡眠呼吸监测成为了现代医学领域的重要研究方向。
可穿戴式睡眠呼吸监测系统作为一种新型的医疗设备，能够实时监测和记录用户的睡眠呼吸情况，为医生提供准确的诊断依据。
本文旨在探讨可穿戴式睡眠呼吸监测系统的设计，包括系统架构、功能特点、技术应用等方面的内容。
二、系统架构设计可穿戴式睡眠呼吸监测系统主要由传感器模块、数据处理模块、通信模块和电源模块组成。
传感器模块负责采集用户的呼吸、心率等生理数据；数据处理模块对采集的数据进行实时处理和存储；通信模块负责将数据传输至远程服务器或移动设备；电源模块为系统提供稳定的电源供应。
（一）传感器模块设计传感器模块是可穿戴式睡眠呼吸监测系统的核心部分，主要包括呼吸传感器和心率传感器。
呼吸传感器采用压电式传感器，通过感知胸部的起伏变化来测量呼吸频率和深度；心率传感器采用光电式传感器，通过测量血液中氧合血红蛋白的吸收和反射来计算心率。
（二）数据处理模块设计数据处理模块负责将传感器模块采集的数据进行实时处理和存储。
该模块采用微处理器进行数据处理，包括数据的滤波、放大、模数转换等操作，并将处理后的数据存储在内存中，以便后续分析和传输。
（三）通信模块设计通信模块负责将数据处理模块处理后的数据传输至远程服务器或移动设备。
该模块可采用蓝牙、Wi-Fi等无线通信技术，实现数据的实时传输和远程监控。
（四）电源模块设计电源模块为可穿戴式睡眠呼吸监测系统提供稳定的电源供应。
该模块可采用可充电式电池，如锂电池等，同时配备电源管理芯片，实现电源的稳定输出和续航时间的延长。
三、功能特点可穿戴式睡眠呼吸监测系统具有以下功能特点：（一）实时监测：系统能够实时监测用户的呼吸、心率等生理数据，为医生提供准确的诊断依据。
（二）数据存储：系统具有大容量存储功能，能够存储用户的睡眠数据，方便后续分析和查询。
（三）数据分析：系统能够对采集的数据进行实时分析和处理，为用户提供个性化的健康建议。
《可穿戴式睡眠呼吸监测系统设计》篇一一、引言随着人们生活节奏的加快和健康意识的提高，睡眠质量逐渐成为人们关注的焦点。
而呼吸问题在睡眠过程中对个体健康的影响不容忽视。
因此，设计一款可穿戴式睡眠呼吸监测系统，能够实时监测和记录用户的睡眠呼吸情况，为个体提供科学的健康管理方案。
本文将详细介绍可穿戴式睡眠呼吸监测系统的设计原理、方法及优势。
二、系统设计目标本系统的设计目标是为用户提供一个便携、舒适的睡眠呼吸监测设备，具备以下功能：1. 实时监测睡眠过程中的呼吸情况，包括呼吸频率、呼吸深度等指标；2. 准确记录睡眠过程中的呼吸事件，如呼吸暂停、鼾声等；3. 提供科学的健康管理建议，帮助用户改善睡眠质量；4. 具备可穿戴性，方便用户使用。
三、系统设计原理可穿戴式睡眠呼吸监测系统主要由传感器模块、数据处理模块、通信模块和电源模块组成。
1. 传感器模块：负责实时监测用户的呼吸情况。
采用高灵敏度的传感器，能够准确捕捉用户的呼吸信号，包括呼吸频率、呼吸深度等指标。
2. 数据处理模块：对传感器模块采集的数据进行处理和分析。
采用先进的算法，对呼吸信号进行滤波、去噪，提取出有用的信息。
同时，对呼吸事件进行识别和记录，如呼吸暂停、鼾声等。
3. 通信模块：负责将处理后的数据传输到手机或电脑等终端设备。
采用蓝牙或Wi-Fi等无线通信技术，实现数据的实时传输和远程监控。
4. 电源模块：为整个系统提供稳定的电源供应。
采用可充电的锂电池，具备较长的使用寿命和较低的能耗。
四、系统设计方法1. 硬件设计：根据系统设计目标，选择合适的传感器、处理器、通信模块等硬件设备，进行电路设计和PCB布局。
同时，考虑设备的便携性和舒适性，优化设备结构。
2. 软件设计：编写数据处理算法和通信程序，实现数据的实时处理和传输。
采用模块化设计思想，便于后续的维护和升级。
3. 系统集成：将硬件和软件进行集成，进行系统的整体测试和调试。
确保系统能够准确、稳定地运行。
技术创新《微计算机信息》(嵌入式与SOC)2009年第25卷第5-2期电子设计陈延慧:硕士研究生基金项目:基金申请人:吴效明;项目名称:基于无线穿戴式检测技术的社区数字医疗健康服务系统;基金颁发部门:广东省科学技术厅(2007B031302003)基于CC2430的穿戴式呼吸检测模块的研制Research of a wearable respiratory monitoring module based on CC2430（华南理工大学）陈延慧吴效明赵麒岑人经CHEN Yan-hui WU Xiao-ming Zhao Qi CEN Ren-jing摘要:本文介绍了一种新型的基于CC2430的穿戴式呼吸检测模块。
模块通过CC2430触发了加载到两个检测电极上的高频激励脉冲。
检测到的两个电极间的阻抗变化信号,通过滤波放大,送至CC2430进行模数转换,再利用ZigBee无线通讯单元把信号发送至上位机,实现了医护人员对病人的实时监护。
该模块由单片机实现整体控制,采用ZigBee无线传输技术实现穿戴式检测,具有结构简单、成本低、功耗低、易使用等优点,还可以实现与心电检测共用检测电极,适用于家庭便携式监测仪器的开发。
关键词:呼吸监护;穿戴式;ZigBee中图分类号:R318.6文献标识号:BAbstract:This paper introduces a novel wearable wireless respiration detection module based on CC2430.In this module,CC2430 triggers the high-frequency stimulated pulse to load on electrodes.The signal,which is collected by the two electrodes and processed by preamp and filter,is sent to CC2430for analog-digital conversion.Then,it is transmitted to central server by using ZigBee wire-less communication module.It makes true that patients will be monitored in real-time by medical staffs.The module,which was controlled by MCU and integrated with wireless communication technology,has the characteristics of simple structure,easy to use, low-cost and low-power consumption.It also can share the electrode with the detection of ECG.The module introduced in this pa-per is fit to the design of home-based portable monitoring devices.Key words:Respiratory monitor;wearable;ZigBee文章编号:1008-0570(2009)05-2-0272-02引言人体在生命活动中需要的能量来自于摄入体内的营养物质的代谢。
《可穿戴式睡眠呼吸监测系统设计》篇一一、引言随着人们生活节奏的加快和健康意识的提高，睡眠呼吸监测成为了现代医疗健康领域的重要研究方向。
可穿戴式睡眠呼吸监测系统作为一种新型的医疗设备，能够实时监测睡眠过程中的呼吸情况，及时发现并预防呼吸系统疾病。
本文旨在探讨可穿戴式睡眠呼吸监测系统的设计，包括系统架构、硬件设计、软件算法和实际应用等方面。
二、系统架构设计可穿戴式睡眠呼吸监测系统的架构设计主要包括传感器模块、数据处理模块、通信模块和用户界面模块。
传感器模块负责采集呼吸信号等生理数据，数据处理模块对采集到的数据进行处理和分析，通信模块负责将数据传输到其他设备或云端存储，用户界面模块则提供友好的用户交互体验。
三、硬件设计1. 传感器设计：传感器是可穿戴式睡眠呼吸监测系统的核心部件，主要采用压电式传感器或光电传感器等技术。
其中，压电式传感器主要用于监测胸廓运动情况，光电传感器则用于监测血氧饱和度等指标。
在传感器设计中，要充分考虑其体积、功耗、灵敏度等因素，以确保其能够在夜间长时间运行并获取准确的生理数据。
2. 数据处理模块：数据处理模块主要负责对传感器采集到的数据进行预处理、特征提取和数据分析等操作。
该模块通常采用微处理器或FPGA等硬件加速技术，以提高数据处理速度和准确性。
3. 通信模块：通信模块负责将处理后的数据传输到其他设备或云端存储。
常用的通信方式包括蓝牙、Wi-Fi和有线传输等。
在通信模块设计中，要充分考虑其传输速度、稳定性和功耗等因素，以确保数据的实时传输和存储。
4. 电源管理模块：电源管理模块是可穿戴式睡眠呼吸监测系统的重要组成部分，主要负责为系统提供稳定的电源供应。
该模块通常采用低功耗技术和电池管理算法，以延长系统的使用时间和续航能力。
四、软件算法设计软件算法是可穿戴式睡眠呼吸监测系统的关键部分，主要包括信号处理算法、特征提取算法和诊断算法等。
信号处理算法负责对传感器采集到的原始信号进行预处理和去噪等操作，以提高信号的信噪比和准确性。
《可穿戴式睡眠呼吸监测系统设计》篇一一、引言随着现代人生活节奏的加快，健康问题逐渐凸显。
在各种健康问题中，呼吸健康尤其重要，因为它是维持生命的重要基础。
特别是睡眠呼吸障碍的发现和治疗已成为公共卫生的重要问题。
传统呼吸监测方式存在不便性和局限性的问题，这推动了可穿戴式睡眠呼吸监测系统的设计与研究。
本文旨在深入探讨可穿戴式睡眠呼吸监测系统的设计理念、关键技术及实现过程，为健康医疗设备的设计和开发提供理论依据。
二、系统需求分析可穿戴式睡眠呼吸监测系统的设计需求主要来自两个方面：一是用户需求，二是技术需求。
用户需求方面，用户需要一种能够实时监测睡眠过程中呼吸状况的设备，以便及时发现可能的呼吸障碍，从而进行及时的干预和治疗。
同时，该设备应具有高度的舒适性和便利性，以便在夜间长时间使用。
技术需求方面，系统应能精确、稳定地监测呼吸的频率、深度和规律性等关键指标，并将这些信息实时地传送给用户或医疗人员。
此外，由于在夜间使用时需尽可能避免打扰用户的正常睡眠，因此对系统的数据处理能力和能耗要求都极高。
三、系统设计思路根据需求分析，可穿戴式睡眠呼吸监测系统的设计应遵循以下思路：1. 硬件设计：采用轻便、舒适的穿戴式设计，同时配备高性能的传感器以准确监测呼吸状况。
传感器应具备低功耗特性，以延长设备的使用时间。
2. 软件设计：采用先进的信号处理算法，对传感器收集的数据进行实时处理和分析。
同时，应开发友好的用户界面，以便用户和医疗人员查看和分析数据。
3. 数据传输与存储：系统应具备无线数据传输功能，将监测数据实时传输给用户或医疗人员。
此外，还应支持数据的本地存储和云端存储，以方便数据的回顾和比对。
四、关键技术及实现1. 传感器技术：传感器是整个系统的核心部分，应选用性能稳定、精确度高、功耗低的传感器进行研发。
具体可考虑使用光电容积脉搏血氧传感器来检测呼吸深度和频率。
2. 信号处理算法：采用先进的信号处理算法对传感器收集的数据进行实时处理和分析，提取出有用的呼吸信息。
《可穿戴式睡眠呼吸监测系统设计》篇一一、引言随着人们生活节奏的加快和健康意识的提高，睡眠呼吸监测成为了现代医学领域中一个重要的研究方向。
可穿戴式睡眠呼吸监测系统作为一种新型的医疗设备，能够实时监测和记录用户的睡眠呼吸情况，为医生提供准确的诊断依据。
本文将详细介绍可穿戴式睡眠呼吸监测系统的设计原理、方法及其实用性。
二、系统设计目标本系统的设计目标是为用户提供一个便捷、舒适的睡眠呼吸监测解决方案。
系统应具备以下功能：实时监测用户的呼吸频率、深度和异常情况；记录用户的睡眠时长、睡眠质量等数据；通过数据分析，为医生提供准确的诊断依据，帮助用户改善睡眠质量。
三、硬件设计1. 传感器设计：传感器是可穿戴式睡眠呼吸监测系统的核心部件，负责实时监测用户的呼吸情况。
传感器应具备高灵敏度、低噪声、抗干扰能力强等特点。
此外，传感器应采用无创测量技术，确保用户舒适度。
2. 数据采集与传输：传感器将采集到的呼吸数据通过无线传输方式发送至数据处理单元。
为保证数据的实时性和准确性，数据传输应采用低功耗、高速率的技术。
3. 可穿戴式设计：为确保用户佩戴舒适，系统应采用轻便、柔软的材料制作。
同时，系统应具备可调节的设计，以适应不同用户的体型和需求。
四、软件设计1. 数据处理与分析：软件系统应具备强大的数据处理和分析能力，能够对采集到的呼吸数据进行实时分析和处理，提取出有用的信息。
2. 用户界面：为方便用户使用和查看数据，软件界面应简洁明了，操作便捷。
同时，界面应具备人性化的设计，能够实时显示用户的呼吸波形、数据等信息。
3. 数据存储与传输：软件系统应具备数据存储和传输功能，能够将用户的睡眠数据存储在本地或云端，方便用户随时查看和分享。
此外，系统还应支持与医疗机构的数据库进行数据交换，为医生提供准确的诊断依据。
五、系统实现与测试1. 系统实现：根据硬件和软件设计，完成可穿戴式睡眠呼吸监测系统的制作和调试。
确保系统具备实时监测、数据传输、数据处理和分析等功能。
技术创新《微计算机信息》(嵌入式与SOC)2009年第25卷第5-2期电子设计陈延慧:硕士研究生基金项目:基金申请人:吴效明;项目名称:基于无线穿戴式检测技术的社区数字医疗健康服务系统;基金颁发部门:广东省科学技术厅(2007B031302003)基于CC2430的穿戴式呼吸检测模块的研制Research of a wearable respiratory monitoring module based on CC2430（华南理工大学）陈延慧吴效明赵麒岑人经CHEN Yan-hui WU Xiao-ming Zhao Qi CEN Ren-jing摘要:本文介绍了一种新型的基于CC2430的穿戴式呼吸检测模块。
模块通过CC2430触发了加载到两个检测电极上的高频激励脉冲。
检测到的两个电极间的阻抗变化信号,通过滤波放大,送至CC2430进行模数转换,再利用ZigBee无线通讯单元把信号发送至上位机,实现了医护人员对病人的实时监护。
该模块由单片机实现整体控制,采用ZigBee无线传输技术实现穿戴式检测,具有结构简单、成本低、功耗低、易使用等优点,还可以实现与心电检测共用检测电极,适用于家庭便携式监测仪器的开发。
关键词:呼吸监护;穿戴式;ZigBee中图分类号:R318.6文献标识号:BAbstract:This paper introduces a novel wearable wireless respiration detection module based on CC2430.In this module,CC2430 triggers the high-frequency stimulated pulse to load on electrodes.The signal,which is collected by the two electrodes and processed by preamp and filter,is sent to CC2430for analog-digital conversion.Then,it is transmitted to central server by using ZigBee wire-less communication module.It makes true that patients will be monitored in real-time by medical staffs.The module,which was controlled by MCU and integrated with wireless communication technology,has the characteristics of simple structure,easy to use, low-cost and low-power consumption.It also can share the electrode with the detection of ECG.The module introduced in this pa-per is fit to the design of home-based portable monitoring devices.Key words:Respiratory monitor;wearable;ZigBee文章编号:1008-0570(2009)05-2-0272-02引言人体在生命活动中需要的能量来自于摄入体内的营养物质的代谢。
代谢过程需要氧气并产生二氧化碳，氧气的摄入和二氧化碳的排出则要依赖于呼吸过程。
人体与外界环境进行气体交换的总过程，称为呼吸。
呼吸是人体重要的生理过程。
由于生理结构的原因，呼吸系统易发生各种呼吸疾病。
我国人口死因最新排行调查显示，近20年我国人口总死亡率下降20.05%，在前18位主要死因疾病位次中，呼吸系统疾病居首位。
据统计，呼吸系统疾病（不包括肺癌）在我国城市的死亡率病因中占第四位，在农村则占第一位。
作为呼吸生理的一个重要参数，呼吸频率是急性呼吸功能障碍的敏感指标，测量呼吸频率对一些呼吸系统疾病的诊断、治疗有重要的作用。
呼吸频率是指人体每分钟呼吸运动的次数。
正常成年人在平静时的呼吸频率约为每分钟12~18次。
一般认为，成年人呼吸频率在12次以下为呼吸减慢，每分钟超过24次为呼吸增快。
呼吸频率和血液的一些生化参数的变化有着密切的关系，可能会影响到血氧饱和度、二氧化碳分压、血氧钾含量等。
人体的呼吸过程伴随着胸廓的收缩和舒张，据相关实验证实，在50KHz~100KHz的高频脉冲刺激下，胸部的容抗和感抗影响微弱，胸阻抗呈线性阻抗变化。
因此，本项目采用生物电阻抗法检测原理，通过检测人体呼吸过程中胸阻抗的变化来检测呼吸频率，实现了对人体呼吸状况的实时监测。
1呼吸检测模块的整体结构本模块主要由三部分组成，呼吸信号采集单元、CC2430控制单元和ZigBee无线发送单元。
模块整体结构如图1所示，系统工作流程如下：由CC2430控制单元发出开始检测呼吸信号的指令，呼吸检测模块开始工作。
由CC2430触发的125KHz高频脉冲通过P0.4口输出后，通过D触发器进行二分频。
形成两路频率为62.5KHz且波形相反的脉冲信号加载到放置于右锁骨下外1/4处和胸骨左缘第5肋间的两个检测电极上。
采集到的两个电极间的阻抗变化信号通过模拟电路的预处理，送至CC2430进行数模转换。
转换后的数字信号传给控制和显示单元中的信息处理单元，一方面对接收到的数据进行处理和显示，另一方面将结果数据通过ZigBee无线通讯单元发送到上位机，由上位机进行存储数据，供医护人员检索和回放。
图1整体模块流程图2呼吸检测模块的硬件电路2.1CC2430控制在本文设计的模块中，采用Chipcon公司生产的ZigBee芯片CC2430实现了模块的整体控制和高频激励信号的触发。
CC2430除了包括RF收发器，还集成了具有128KB的可编程技术创新闪存和8KB 的RAM ，还包含模拟数字转换器、几个定时器、AES128协同处理器、看门狗定时器、32KHz 晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路以及21个可编程I/O 引脚。
2.1.1CC2430的硬件连接CC2430分为3个部分，即A/D 采样，将模拟信号采样转变为数字信号，包括采样率、采样路数等；八位控制处理单元，完成对信号的滤波、增强、压缩等数字处理；ZigBee 无线通讯单元，将信号传输到上位机，供护士或者医生实时观察。
2.1.2高频激励信号的触发CC2430中的加强型MCU 内部的定时器/计数器0采用8位自动重装载模式，当计数器TL0溢出时，自动重装TH0中内容，产生125KHz 、3.6V 的方波。
由P0.4口输出的高频脉冲，通过D 触发器二分频后加载到两个检测电极上，作为呼吸检测的高频激励信号。
2.2信号处理生物电信号具有阻抗高、信号弱、频率低等特点，而且处于严重的背景噪声之中。
基于这些特殊性，应用于人体生理信息测量的模拟电路应具有高输入阻抗和高共模抑制比；为适应生理信号幅度和输出的幅度范围，应有足够大的增益；电路既要滤除各种干扰，又要频带合适，以便得到信号检出时的最大保真度。
因此，本文设计的呼吸波信号的检测部分由前置放大电路、检波整流、带通滤波电路、主放大电路组成，通过A/D 转换，最终将呼吸波的信号转换为高低的电平信号输出。
模拟信号处理电路如图2所示。
图2模拟信号处理电路图2.2.1前置放大在两电极上提取到的呼吸信号非常微弱，因此在信号处理之前，先进行前置放大。
AD620是一种低功耗，高精确度放大器，它只需要一个外围电阻去设置它的放大增益。
满足我们设计电路高精确度和微型化的要求。
因此，本模块采用AD620完成前置放大。
放大增益为：G=49.4K/R 5+1。
本模块中AD620的放大增益为10.5倍。
2.2.2检波整流检波整流电路的优点是在R 11上并联滤波电容，起到滤除市电交流成分的作用，使输出的信号更加平滑；电阻匹配关系为R 6=R 8，R 9=R 11=2R 10，而且可以通过更改R 11阻值的大小来调节该电路的增益。
2.2.3滤波放大滤波电路由一个二阶低通滤波电路和一个一阶高通滤波电路组成。
低通滤波电路的截止频率设置为10Hz ，高通滤波电路的截止频率设置为0.05Hz 。
这样既很好的滤除了心动干扰和直流干扰，也保留了呼吸信号的有用频带。
3呼吸检测模块的软件设计呼吸检测模块的软件设计包括CC2430的软件设计、模拟信号的A/D 转换以及数字信号的无线发送。
3.1CC2430的软件设计在软件实现中，采用模块化设计，将其按功能分为主功能模块和子功能模块等各部分来设计，它包括了A/D 转换、信号的滤波与压缩、波形的分析程序、按键中断程序、高频激励信号触发程序以及数据发送程序等。
3.2模拟信号的A/D 转换A/D 转换的作用是将时间连续、幅值也连续的模拟量转换为时间离散、幅值也离散的数字信号，因此，A/D 转换一般要经过取样、保持、量化及编码4个过程。
本模块采用8位A/D 采样，采样率为250Hz 。
采样过程中，模拟信号输入到CC2430的P0.0口，由A/D 转换得到的数据，用于波形显示，并通过无线方式发送至上位机。
3.3数字信号的无线发送在本系统中，所使用的通信标准为802.15.4/ZigBee 标准。
ZigBee 是一种新兴的短距离、低速率无线通信技术，主要用于近距离无线连接，非常适用于卫生医疗检测领域。
该设计采用CC2430芯片，它符合IEEE802.15.4标准的要求，可确保短距离通信的有效性和可靠性。
利用此芯片开发的无线通信设备支持数据传输率高达250KB/s ，可以实现多点对多点的快速组网。
CC2430为IEEE802.15.4的数据帧格式提供了硬件支持，处理后的数字信号通过CC2430自身携带的ZigBee 无线通讯单元实现了信号的无线传输。
4实验分析为了验证呼吸检测模块的性能及指标，我们对10人进行了两组实验。
实验的主要目的为：⑴验证呼吸检测模块实时检测呼吸频率的准确性；⑵验证呼吸检测模块在日常监护中的可靠性。
为了验证本文研制的呼吸检测模块实时检测呼吸频率的准确性，我们使用该模块对处于平稳状态的受试者（静坐）进行呼吸频率的检测；同时，作为对照实验，我们采用由迈瑞生产的PM-7000便携式多参数监护仪对受试者进行呼吸频率的计数。
其次，为了验证呼吸检测模块在日常监护中的可靠性，受试者在第二组实验中的状态为：先静坐20分钟，再在室内自由活动20分钟，然后再静坐20分钟，观察平稳和运动状态下呼吸波形的稳定性。
