51单片机的睡眠呼吸监护控制电路设计+电路图+流程图(3)
2.2.2 系统软件部分
本次设计中,主要完成的是系统软件部分的工作,同时也参与了硬件方面的设计和选型等。系统的软件部分主要完成的工作则是采样经过放大、滤波后的呼吸信号，经过一定的分析处理，判断呼吸暂停是否超过10S，如果超过10S，则启动报警。同时系统的软件部分还要控制液晶的显示。基于以上的分析，可以得到系统的软件部分框图如图2所示：
图2 系统软件设计图
通过对睡眠呼吸暂停报警监护仪的总体分析，提出了系统的总体设计方案。系统共分为两大部分，分别为硬件系统部分和软件系统部分。硬件系统包括以下几个部分：热敏传感器提取呼吸信号，前置放大电路，基线稳定电路，后置处理电路，单片机处理系统，单脉冲刺激电路，声光报警装置，数码显示等几部分对每一部分进行了功能说明。软件系统包括以下几个部分：采样呼吸信号、实时时钟处理、数据处理、液晶显示和报警处理模块。
3. 系统硬件设计
3.1 模拟信号电路设计
3.1.1 传感器的选择
温度参数是不能直接测量的，一般只能根据物质的某些特性值与温度之间的函数关系，通过对这些特性参数的测量间接的获得。温度传感器的基本工作原理正是利用了这一性质。
热敏电阻是电阻式传感器。它利用阻值随温度变化的特性来测量温度。热敏式传感器灵敏度高，响应特性较好，但线性差，适用温度较低的情况。
热敏中阻具有体积小、灵敏度高、反应速度快、分辨率高等优点。
人的呼吸途径有两个，一个是鼻腔，另一个是口腔。在呼吸时，嘴巴和鼻子处因为流过气流而产生压力和温度。所以，人的呼吸信号可以通过检测压力和温度的变化得到。若用压力法，因口鼻处的压力波动很微小，而弱压力传感器有很高的灵敏度，易受各因素影响，造成误差，故不采用压力法。温度检测法，是选用热敏电阻为传感器，把热敏传感器粘贴在鼻子或嘴巴的下方。因简单宜用，被检测者没有不舒服感觉，对正常的睡眠没有影响而受重视。
3.1.2 呼吸信号的提取
本设计采用热敏球状电阻结构如图3所示，将其放在人的鼻孔处。并设计温差电桥电路，如下图所示，热敏电阻放在两相邻的臂上，人体呼吸信号作用于热敏电阻Rtl，热敏电阻Rt2与外界相通，通过电流且加热到一定温度，当呼吸信号的气流通过Rt1时，由于受到热交换，从而引起电阻值变化致使电桥失衡，当呼吸信号周期性通过时，电阻值也周期的发生变化，因此可以从电桥输出得到周期性变化的电压信号，再经过各种处理得到呼吸频率[1]。
图3 热敏电阻及其电路3.1.3 前置放大电路
图4 运放前置放大原理图
根据所测参数和所用传感器的不同，放大电路也不同。由于人体信号的频率和幅度都比较低，很容易受到空间电磁波以及人体其它生理信号的干扰，用来测生物电势的放大器称生物电放大器，生物放大器比一般的要求更严格。在本设计中的传感器后的电路是前置放大电路，由于取得的传感器信号很弱，且混杂有其他信号的干扰。因此其主要功能是，滤除共模信号干扰，同时进行一定的放大。
如图4其中U4A,U4B接成同相输入形式，主要是提高输入阻抗用的，同时提供电压缓冲，U4C组成差动放大器，用来抑制U4A,U4B传输过来的共模电压，并提供一定的差模增益，提高共摸抑制比。
3.1.4 基线稳定电路
由于呼吸频率很低(一般为0.12Hz-3Hz)，基线漂移很严重，甚至会造成信号阻塞。而设计基线稳定电路是为了有效的抑制了基线漂移，从而成功的获取到不失真的呼吸波形。其电路框图如图5所示。