引言

目前醫(yī)生在診斷睡眠呼吸暫停癥時常使用夜間睡眠呼吸多項生理監(jiān)測儀,，記錄一整夜的睡眠周期,，其中包括呼吸暫停以及呼吸變淺的次數(shù)、型態(tài),、缺氧指數(shù),、次數(shù)、心電圖的變化,、口鼻腔氣流,、胸腹部呼吸運動、耳垂血氧等信號的記錄,、打鼾次數(shù)等情形,。雖然這些儀器測量較準確，但需要在身上配戴多種儀器,，也必須在特定的醫(yī)院中由專業(yè)人士操作才能進行測量,，非常不方便，并且也容易影響患者的睡眠,，所以不適合做長期的監(jiān)測,。并且這樣的儀器價格昂貴，患者更不會買來在家庭使用,。針對上述缺點,，設(shè)計了本套無線監(jiān)測系統(tǒng)，本系統(tǒng)使用簡單,、基本不影響睡眠,、價格低廉；適合在居家睡眠環(huán)境下做長期自測和與醫(yī)生進行醫(yī)療遠程互動,，以達到幫助醫(yī)生了解患者病情的目的,。

1 系統(tǒng)設(shè)計概述

本系統(tǒng)采用433MHz的無線收發(fā)芯片。nRF401,，外圍電路很少,，并且不需要對數(shù)據(jù)進行曼徹斯特編碼,，只需利用單片機來控制該收發(fā)芯片的工作過程。利用數(shù)字溫度傳感器DSl8820進行呼吸信號提取,，然后利用由單片機控制的無線收發(fā)系統(tǒng)的發(fā)射部分將提取出的呼吸信號發(fā)射出去,；經(jīng)過接收模塊，將接收到的呼吸信號傳送到單片機中進行處理,，從而將呼吸暫停出現(xiàn)的次數(shù)顯示出來,。原理框圖如圖1所示。

2 呼吸信號提取和無線收發(fā)

2.1 呼吸信號提取電路的選擇

首先想到的是采用壓力法,，但由于口,、鼻腔處的壓力變化很微弱，并且弱壓傳感器的靈敏度很高,，容易受各種因素的影響,，造成誤動作，故壓力法不宜采用,。我們知道人的呼吸是通過鼻子或嘴,，所以在鼻子和嘴巴附近可以放置多個溫度傳感器，通過溫度的變化將呼吸信號提取出來,，而作為數(shù)字溫度傳感器的DSl8820就能滿足此要求,。

DSl8B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO-92小體積封裝形式,；溫度測量范圍為-55℃～+125℃,，可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達0.0625℃,，被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠端引入,，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生,；多個DSl8820可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DSl8820通信,，占用微處理器的端口較少,，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路，其應用電路如圖2所示,。

2.2 呼吸信號的的發(fā)射部分

采用的nRF401是一個433MHZ ISM頻段設(shè)計的真正單片UHF無線收發(fā)芯片,，它采用FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)，nRF401最高工作頻率可以達到20k,，發(fā)射功率可以調(diào)整,，最大發(fā)射功率為+10dBm。利用單片機對發(fā)射部分進行設(shè)置,，通過發(fā)射模塊將承載呼吸信號的數(shù)字信號發(fā)射出去,，其原理框圖如圖3所示,。

2.3 接收部分和單片機的處理

無線接收模塊收到發(fā)射機發(fā)來的信號后，將其傳送到另一單片機上進行信號的處理,，對呼吸暫停持續(xù)時間進行定時測定,，當呼吸暫停超過10s時計數(shù)，將結(jié)果利用數(shù)碼管進行動態(tài)顯示,，從而實現(xiàn)監(jiān)測呼吸暫停次數(shù)的目的,。如圖4所示。

2.4 對于單片機的軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的工作主要是利用單片機來進行控制,，包括呼吸信號的提取,，無線收發(fā)模塊的傳輸協(xié)議和收發(fā)方式的設(shè)置，以及顯示和報警部分,，都是利用單片機來進行的,，其總體的程序設(shè)計流程圖如圖5所示。

2.4.1對于DSl8B20的軟件設(shè)計

雖然數(shù)字傳感器的硬件接法比較簡單,，但在測量溫度時有嚴格的時序要求,。一旦時序出現(xiàn)錯誤，那么溫度的讀取和顯示就不能正確進行,，在編寫程序時這個問題需要著重考慮,，例如我們采用中斷時，就要考慮中斷的執(zhí)行對于單片機工作整個時序的影響,。DSl8B20的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ROM操作指令→存儲器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸,。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序,。寄存器R1,、R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)：R1RO=“00”，9位精度,，最大轉(zhuǎn)換時間為93.75ms,；RlR0=“01”，10位精度,，最大轉(zhuǎn)換時間為187.5ms,；R1R0=“10”，11位精度,，最大轉(zhuǎn)換時間為375ms,；R1R0=“1l”，12位精度,，最大轉(zhuǎn)換時間為750ms,；未編程時默認為12位精度。我們采用器件默認的12位轉(zhuǎn)化,。

2.4.2 對于nRF401的編程

由于直接采用的點對點的收發(fā),，所以直接利用單片機將收發(fā)芯片設(shè)置為“收”或“發(fā)”模式,。對于Standby與RX之間的切換，從待機模式到接收模式,，當PWR_UP輸入設(shè)成1時,，經(jīng)過近3ms時間后，DOUT腳輸出數(shù)據(jù)才有效,。從待機模式到發(fā)射模式,，所需穩(wěn)定的最大時間是也為3ms。Power Up與TX間的切換,，從加電到發(fā)射模式過程中,，為了避免開機時產(chǎn)生干擾和輻射，在上電過程中TXEN的輸入腳必須保持為低,，以便于頻率合成器進入穩(wěn)定工作狀態(tài),。當由上電進入發(fā)射模式時，TXEN必須保持1ms以后才可以往DIN發(fā)送數(shù)據(jù),。在接收部分,，同樣利用單片機的P1口各管腳分別控制NRF401的DIN、DOUT,、TXEN,、PWRUP、CS這五個腳即可,。

2.4.3 對于呼吸信號處理的編程

將接收到的呼吸信號接入接收部分單片機中,，對溫度值進行處理。我們知道,，被傳感器采集到的人體溫度大約33℃,，但如果利用溫度的高低值來作為是否出現(xiàn)呼吸暫停的依據(jù)，這種方法會受周圍溫度的影響,，若溫度過高,，該系統(tǒng)就會出現(xiàn)誤判的情況。所以我們利用的是提取溫度的變化量,，盡管周圍溫度有影響，但由于人體呼吸而導致的呼吸變化總能準確地判斷出來,。經(jīng)過調(diào)試,，這種思想很好地解決了因周圍溫度變化所帶來的干擾。

2.4.4 對于顯示電路的程序

當溫度在10s或l0s以上還沒出現(xiàn)變化時,，將計數(shù)器加一,，如果存在呼吸暫停，但沒有達到10s,，則定時器清零,，重新返回程序,。

3 結(jié)束語

此系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)呼吸暫停的遠距離監(jiān)測，在監(jiān)測上還具有很高的穩(wěn)定性和準確性,。我們利用此呼吸暫停監(jiān)測系統(tǒng)進行實際的檢測,，取被測個體12人，其有效率和準確率達到90%,，只有在附近環(huán)境電磁場強烈干擾時時才會造成,。