基于蓝牙技术的脉搏血氧仪设计

王勇

摘 要 本文介绍了应用蓝牙无线技术设计的便携式脉搏血氧仪设计，采用最新型、低功耗的STM32芯片和数字光频器件设计高效稳定的脉搏血氧饱和度测量电路，构建蓝牙通信网络解决患者行动上的不便，为家庭监护、远程医疗等创造条件。

【关键词】血氧仪 STM32 蓝牙

血氧饱和度（SpO2）和脉搏是重要的生理参数之一，相关的测量设备已经在临床上得到了广泛的应用。不仅某些重症病人需要血氧监测，同时健康者也可能成为监护对象，通过对健康者的生理参数进行监护，使用者可以随时了解自身的身体状况，有助于疾病的早期发现和及时治疗。传统的血氧监测设备采用导线连接，卧床监护，给病人带来很大的不便，已经越来越不能适应当今医疗监护需求。

随着医疗事业和信息技术的不断进步，可穿戴医疗设备是未来发展的趋势。蓝牙技术是一种短距离无线通信技术，工作频带为全球统一开发的2.4GHz工业、科学和医学（ISM）频段，其具有低成本、低功耗、高速率、抗干扰和接口灵活等特点，近年来迅速发展，已经广泛应用于高端医疗设备中。

本文提出的血氧饱和度和脉搏测试仪采用蓝牙技术进行血氧饱和度和脉搏信号的无线传输，给患者带来行动上的便利，也可以广泛应用到家庭监护、远程医疗中。

1 血氧饱和度测量原理

血氧饱和度测量是基于动脉血液对光的吸收量随动脉搏动而变化的原理。由于血液中不同成分对同一种光线的吸收率各不相同，通过测量穿过血液的不同光线的衰减程度换算出血液中不同成分的含量。

根据Lambert- Beer 定律，在实际测量中采用2路不同波长的单色光对手指组织同时照射，只要测定两路透射光最大光强以及由于脉搏搏动而引起透射光强的最大变化量，可以得到血型饱和度的计算公式为：

其中A和B在一定传感器结构和生理条件下的系数，可以通过对实验数据的统计分析来确定。

根据文献报道，血液在波长660nm附近和900nm附近反射之比最敏感地反映出血氧饱和度的变化，所以本文中选用660nm红光和905nm红外光，测出其透过手指后的光强和变化量，根据（1）式计算血氧饱和度。

2 硬件系统设计

本文设计的血氧饱和度测试仪系统结构框图如图1所示。传统的测量系统采用模拟光接收管，A/D采集电路等硬件电路复杂、系统稳定性较差、不宜集成小型化等。本系统直接采用光频转换器将光强信号转换成数字频率信号，电路简单，稳定性高，系统主要由光源、光接收管、时序控制电路、光频转换器、32位微控制器、存储器、实时时钟、OLED显示电路和蓝牙电路等组成。

2.1 STM32微控制器

本设计采用的是意法半导体公司生产的STM32F103C8T6微控制器，该芯片采用低功耗设计，2.0至3.6V供电，片内集成7个定时器，9个通信接口，26个快速I/O口等，非常适合设计低功耗、微型化的产品。设计中采用了中断优先级优化，大大提高软件系统稳定性和可靠性，

2.2 時序控制电路

时序控制电路的任务是在微控制器控制下依照一定时序依次产生红光、红外光和暗光三种工作状态。应用STM32微控制器中三个通用I/O输出数字控制信号，通过模拟开关驱动光源。

3 测试与结果

血氧饱和度的临床应用范围大约在50%～100%之间，成人正常值不低于94%。应用美国Fluke公司的Index 2XL系列血氧饱和度模拟仪产生动脉血氧模拟测试信号输入到测试仪中，记录显示的血氧饱和度值，多次重复测量，检测该测试仪的准确度。

通过在不同脉率下多次测量取平均值的方法对测试结果进行分析。表1给出六个点处的血氧饱和度的测量值和误差范围在±2%，达到实际应用需求。

4 结束语

本文应用最新型超低功耗的STM32芯片和蓝牙芯片，实现支持蓝牙通信的指压式脉搏血氧仪，外观小巧，简单实用，可广泛应用到家庭监护、远程医疗中。

参考文献

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作者单位

北京信息科技大学信息与通信工程学院 北京市 100101endprint