Science&TechnologyVision
科技·探索·争鸣科技视界项目与课题基于ＳＴＭ３２的脉搏血氧仪设计
卢再进颜聪王英志蒋克层亓统帅
（长春理工大学电子信息工程学院，吉林长春130022）
【摘要】以STM32F103C8T6单片机为核心处理器，以AFE4400集成模拟前端为信号调理部分，OLED12864显示测量结果。专用脉搏血氧仪模拟前端芯片的使系统简化，改善测量精度。
【关键词】STM32；脉博；血氧仪
0引言
现有的无创伤脉搏血氧仪对光电信号的发生与采集大多数应用分立元件来设计，造成设计难度加大、测量过程中受外界干扰难以控制。本设计选用TI公司的专用集成模拟前端AFE4400来设计脉搏血氧仪，在实现功能的同时，减小了系统的体积，提高了系统的稳定性。
无创脉搏血氧饱和度测量是以朗伯-比尔定律和血液中还原血红蛋白(Hb)和氧合血红蛋白(HbO2)对光的吸收特性不同为基础的。通过两种不同波长的红光600～700nm和红外光800～1000nm分别照射组织经反射（或者透射）后再由光电接收器转换成电信号。组织中的其他成分吸收光信号是恒定的，经过光电接收器后得到直流分量DC，而动脉血中的HbO2和Hb对光信号的吸收是随着心跳作周期性变化，经过光电接收器后得到交流分量AC，由于HbO2和Hb对同一种光线的吸收率各不相同，通过测量红光和红外光的光吸收比率便可以计算出两种血红蛋白含量的百分比。血氧饱和度的计算公式如下：
图2系统供电电路
1.3
OLED12864接口设计
OLED显示单元采用集成驱动IC(SSD1306)驱动128*64个像素点。OLED技术采用自主发光，屏幕可视角度大，节能效果非常明显，
SpO2=A-BR+CR2
式中，A、B、C为定标常数，可以由定标实验得到，两个波长的光吸收比率R为：
R=Vredac/VreddcViredac/Vireddc其中，Vredac为红光的交流分量；Vreddc为红光的直流分量；Viredac为红外光的交流分量；Vireddc为红外光的直流分量。
适合低功耗开发。
1.4AFE4400接口电路
本设计采用TI公司AFE4400集成模拟前端采集、处理信号以及模拟数字转换等相关功能。AFE4400集成模数转换器（ADC）的低噪声接受器通道、一个LED传输不见和针对传感器以及LED故障检测的诊断功能。AFE4400与单片机的接口、光电器件的链接如图3所示。
1硬件设计
根据脉搏血氧仪的原理，选用STM32单片机为处理核心，经过AFE4400的处理，计算后获得心率与血氧数据，在OLED12864上显示。具体的系统框图如图1所示。
图3AFE4400接口电路图
图1系统框图
1.1单片机选择
STM32F103C8T6是意法半导体公司ARMCortexTM-M3核的32位单片机，它具有如下特点。
（1）ARM32位ARMCortexTM-M3内核处理器，最高系统时钟72M，最高速度90DMIPS；
（2）64K字节可编程Flash存储器；（3）20K字节SRAM；（4）两线串行调试接口；
（5）SPI、UART、DMA、TIMER等丰富的外设资源。1.2电源电路
整个系统涉及模拟信号与数字信号的相关处理，模拟电路与数字电路分别采用ASM1117-3.3线性稳压器供电，供电电路如图2所示。
图4系统程序流程图
2软件设计
主程序初始化完成后，AFE4400一直转换数据，定时器溢出开始更新数据。由于集成模拟前端把复杂的时序驱动全都处理了，主控芯片只需要接受数据就好。在AFE4400转换结束，ADC_RDY引脚会拉高，表示本次转换完成。读取到的AD值包含两个结（下转第62页）
※基金项目：大学生创新创业训练计划项目（2013S030）。
作者简介：卢再进，长春理工大学电子信息工程学院201104111班本科生。
18科技视界Science&TechnologyVision
Science&TechnologyVision
科技·探索·争鸣科技视界项目与课题法保证了学术资源的有效积累和学科特色形成和保持，成为学院长期
保持学术竞争力的关键。⑦
4
4.1
伦敦政治经济学院大学定位对我国院校的高等院校启示
大学战略定位中应重视打造特色学科
伦敦政治经济学院在创建之初，即专注于社会科学研究，直至今日，学院仍将自己定位于“世界领先的社会科学教育及研究机构”，伦敦政治经济学院始终坚持对特色专业社会科学专业的发展，通过发展交叉学科和综合学科以支撑社会科学的发展，突出自身学科优势和办学基础，从而使其保持学术领先优势和影响力。而我国一些高等院校过多地追求综合性和研究性，盲目扩大学校规模和学科建设，使得学校之间缺乏个性和特色，基于此，我国高校可以汲取伦敦政治经济学院的经验，积极发展特色学科专业，“有所为而有所不为”，在对高等教育形势正确判断和自身发展潜力深入分析的基础上，通过强化自身优势和彰显自己的特色来确定未来发展的方向和目标定位。4.2战略目标应当清晰可信，具有很强的可操作性
伦敦政治经济学院将自身定位为“世界领先的社会科学教育及研究机构”，明确而简洁的表述，不仅便于理解，更重要的是有利于统一思想和行动，激发加快发展的热情。而我国一些高等学校战略目标过于宏伟，建设目标和措施难以分解和落实，过分强调跨越式发展，规划目标缺乏科学的依据，过高过大，缺乏有效的实现途径。因此，应该在准确分析高等教育发展形势和自身优势的情况下，找准学校定位，确立清晰可信的战略目标，同时制定一套与战略目标密切相关、可分解、能实现的指标体系。
4.3政府应引导大学独立思考，行使自主办学的能力
在大学定位和发展战略方面，政府应引导大学独立思考，行使自主办学的能力。由于我国的大学分属不同的政府部门管理，政府部门或不同层次政府的主张对大学的发展起着主导作用，政府和部门之间的竞争往往表现为大学的竞争，从而导致大学定位和战略的非理性因素的产生。而伦敦政治经济学院虽隶属于伦敦大学，但其一直是独立办学，并且政府对其战略定位积极引导而不加干涉，其办学的独立性，使其能够根据自身情况作出准确定位，发展特色学科。因此，在大学定位和发展战略方面，我国政府应引导大学独立思考，行使自主办学的能力。同时，改革现有大学评价标准和体系，按大学类型进行评估，大学不同的类型和层次有不同的质量标准，要形成同类大学竞争、不同类型大学相互补充、协调发展的格局，使每一类型、每一层次都有一流学校，从而创造出大学科学定位的外部环境。⑧
4.4大学的定位和发展战略缺乏继承性和连续性
在我国高等院校中，领导层的更替往往影响学校的定位和战略目标，使之发生实质性的变化。此外，战略规划缺乏公众参与与公众认同，从而大学的定位不能成为学校领导、学院院长、系主任和广大教职员工的共同理想和目标，实践中缺乏统一而坚实的思想基础。而伦敦政治经济学院一直沿袭其特色学科，专注于社会科学研究，将自身定位于“世界领先的社会科学教育及研究机构”，新世纪，伦敦政治经济学院确立了“学院作为社会科学规范捍卫者的角色与在全球化后工业社会中新兴人文精神领域内社会科学探索领导者角色并重”的发展目
标，这些都体现了其发展战略的继承性和连续性。此外，在学校定位和战略规划过程中，应注重公众参与和公众认同，学校定位和战略规划并不只是学校领导的职责。战略定位和规划目标首先应该给大学领导层清晰而强烈的关注点，形成领导的集中意识，为学校的发展提供了清晰和宏观的方向和路径。其次，强调大学的定位和战略目标是校长和院长乃至教授们的共同目标，而不是决策层的一厢情愿。最后，战略定位和规划目标应是学校发展和个人行为共同的思想基础，是全校上下的行为规范。⑨通过制定一系列的各年度、各部门、各学院的分指标体系，让全校师生员工了解熟悉这些目标从而形成凝聚力，激励师生为之奋斗。使得学校每一个重大决策，无不折射出其战略定位的特征和规划目标的要求。战略定位和规划目标在学校无处不在，深入人心。Ｓ【参考文献】
［1］方国才.大学定位与大学特色：美国高等教育考察观感与启示[J].江苏教育学院学报学报,2008(1):1－9.
［2］眭依凡.大学使命：大学的定位理念及实践意义[J].教育发展究,2000(9):18-
22.
［3］徐敦楷.高水平特色型高校构建研究型大学的战略思考[J].中国高等教育,2010(3):28-30.
［4］孙燕燕.伦敦政治经济学院[J].留学海外,2012(7):56-57.
［5］郭德红.伦敦政治经济学院的办学特色[J].比较教育研究,2007(4):63-66.［6］程新奎.伦敦政治经济学院的成功之道[J].比较教育研究,2009(1):43-47.
［7］杨学义,李茂林.全球视野下的大学办学理念剖析：以全球三所精英大学为例[J].国家教育行政学院学报,2011(2):7-10.
［8］叶飞帆.十所英国新建大学的办学定位与特色研究[J].教育研究,2011(10):89-94.
［9］吕世彦,郭德红,等.世界著名经济管理类大学的发展经验与启示[J].比较教育,2009(11):61-64.
［10］龙超云,曲福田.英国大学的战略定位及其启示[J].高等教育研究,2006(1):105-109.
［11］王亚杰,陈岩,等.英国学科特色型大学发展战略特征与政策建议[J].高等工程教育研究,2011(1):11-17.
注释：
①教育部高等教育司评估处(内部材料).普通高等学校本科教学工作水平
评估指标体系[C]//2003年普通高等学校本科教学工作水平评估研讨班培训参考资料.2003:48.
②方国才.大学定位与大学特色：美国高等教育考察观感与启示[J].江苏教
育学院学报学报,2008(1):4.
③④⑤龙超云,曲福田.英国大学的战略定位及其启示[J].高等教育研究,2006(1):108.
⑥⑦郭德红.伦敦政治经济学院的办学特色[J].比较教育研究,2007(4):64.⑧龙超云,曲福田.英国大学的战略定位及其启示[J].高等教育研究,2006(1):109.
⑨龙超云,曲福田.英国大学的战略定位及其启示[J].高等教育研究,2006(1):107.
［责任编辑：汤静］
（上接第18页）果，用于计算的是交流部分的值，所以要采用算法跟踪直流电压，以此得到交流值。根据直流的值可以适当调节光源的电流以达到自适应。系统程序流程图如图4所示。
脉搏的计算只依赖红外光的光波信号，通过3个技术周期的采样点的个数来计算脉搏。在所有采样点的数据中，做一个类似模拟迟滞比较器。经过迟滞比较器，脉搏信号变成了矩形波型号，近似测量相邻两个上升沿的时间，最后得出脉搏。如果把脉搏信号看做周期信号，测量上升沿的时间可以转换为测量脉搏信号的频率，有定时器周期查询信号状态并完成查询次数计数，这样就完成了脉搏测量。
4总结
本设计采用的STM32结合AFE4400的方案设计的脉搏血氧仪，测量精度高，体积小，适合随声携带，OLED的显示反应出人体生理参数信息。软硬件的结合，进一步减小了测量误差。STM32适合做这类小数据量的数字信号处理，AFE4400专用脉搏血氧仪的集成芯片AFE4400使设计提供集成度，降低设计难度等。Ｓ【参考文献】
［1］李晓鹏,宋爱国,彭思,等.脉搏血氧饱和度远程实时监护系统设计[J].传感技术学报,2010,23(6):772-776.
［2］江浩,蔡光卉,胡耀航,等.基于高精度∑-ΔADC的血氧饱和度检测研究[J].电子测量技术,2011,34(8):110-113.
［3］张亚,赵兴群,万遂人.一种单片便携式脉搏血氧饱和度测量仪的研制[J].测控技术,2011,30(6):1-4.
3脉搏血氧应用实例
目前，脉搏血氧仪的应用十分广泛，尤其是在临床监控方面。市场所开发的适用于家庭医疗的脉搏血氧仪内置锂电池，一次充电可连续工作很长时间，使得产品空间进一步缩小，更加方便快捷。实时波形显示以及上位机的通信使脉搏血氧仪的功能越来越强大。
［责任编辑：汤静］
62科技视界Science&TechnologyVision