引言

目前醫(yī)生在診斷睡眠呼吸暫停癥時(shí)常使用夜間睡眠呼吸多項(xiàng)生理監(jiān)測(cè)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(yùn)動(dòng),、耳垂血氧等信號(hào)的記錄、打鼾次數(shù)等情形,。雖然這些儀器測(cè)量較準(zhǔn)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(jìn)行測(cè)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(zhǎng)期的監(jiān)測(cè),。并且這樣的儀器價(jià)格昂貴,，患者更不會(huì)買來(lái)在家庭使用。針對(duì)上述缺點(diǎn),，設(shè)計(jì)了本套無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),，本系統(tǒng)使用簡(jiǎn)單、基本不影響睡眠,、價(jià)格低廉,；適合在居家睡眠環(huán)境下做長(zhǎng)期自測(cè)和與醫(yī)生進(jìn)行醫(yī)療遠(yuǎn)程互動(dòng)，以達(dá)到幫助醫(yī)生了解患者病情的目的,。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

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

2 呼吸信號(hào)提取和無(wú)線收發(fā)

2.1 呼吸信號(hào)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(dòng)作,，故壓力法不宜采用。我們知道人的呼吸是通過(guò)鼻子或嘴,，所以在鼻子和嘴巴附近可以放置多個(gè)溫度傳感器,，通過(guò)溫度的變化將呼吸信號(hào)提取出來(lái)，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(cè)量范圍為-55℃～+125℃,，可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625℃,，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出,；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生,；多個(gè)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(yīng)用電路如圖2所示。

2.2 呼吸信號(hào)的的發(fā)射部分

采用的nRF401是一個(gè)433MHZ ISM頻段設(shè)計(jì)的真正單片UHF無(wú)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(dá)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(jī)對(duì)發(fā)射部分進(jìn)行設(shè)置，通過(guò)發(fā)射模塊將承載呼吸信號(hào)的數(shù)字信號(hào)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(jī)的處理

無(wú)線接收模塊收到發(fā)射機(jī)發(fā)來(lái)的信號(hào)后，將其傳送到另一單片機(jī)上進(jìn)行信號(hào)的處理,，對(duì)呼吸暫停持續(xù)時(shí)間進(jìn)行定時(shí)測(cè)定,，當(dāng)呼吸暫停超過(guò)10s時(shí)計(jì)數(shù)，將結(jié)果利用數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示,，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)呼吸暫停次數(shù)的目的,。如圖4所示,。

2.4 對(duì)于單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的工作主要是利用單片機(jī)來(lái)進(jìn)行控制，包括呼吸信號(hào)的提取,，無(wú)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(bào)警部分，都是利用單片機(jī)來(lái)進(jìn)行的,，其總體的程序設(shè)計(jì)流程圖如圖5所示,。

2.4.1對(duì)于DSl8B20的軟件設(shè)計(jì)

雖然數(shù)字傳感器的硬件接法比較簡(jiǎn)單，但在測(cè)量溫度時(shí)有嚴(yán)格的時(shí)序要求,。一旦時(shí)序出現(xiàn)錯(cuò)誤,，那么溫度的讀取和顯示就不能正確進(jìn)行，在編寫程序時(shí)這個(gè)問(wèn)題需要著重考慮,，例如我們采用中斷時(shí),，就要考慮中斷的執(zhí)行對(duì)于單片機(jī)工作整個(gè)時(shí)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(chǔ)器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸,。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序,、寫時(shí)序和讀時(shí)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(shí)間為93.75ms,；RlR0=“01”,，10位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為187.5ms,；R1R0=“10”,，11位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為375ms,；R1R0=“1l”,，12位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為750ms,；未編程時(shí)默認(rèn)為12位精度,。我們采用器件默認(rèn)的12位轉(zhuǎn)化。

2.4.2 對(duì)于nRF401的編程

由于直接采用的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的收發(fā),，所以直接利用單片機(jī)將收發(fā)芯片設(shè)置為“收”或“發(fā)”模式,。對(duì)于Standby與RX之間的切換，從待機(jī)模式到接收模式,，當(dāng)PWR_UP輸入設(shè)成1時(shí),，經(jīng)過(guò)近3ms時(shí)間后，DOUT腳輸出數(shù)據(jù)才有效,。從待機(jī)模式到發(fā)射模式,，所需穩(wěn)定的最大時(shí)間是也為3ms,。Power Up與TX間的切換，從加電到發(fā)射模式過(guò)程中,，為了避免開機(jī)時(shí)產(chǎn)生干擾和輻射,，在上電過(guò)程中TXEN的輸入腳必須保持為低，以便于頻率合成器進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài),。當(dāng)由上電進(jìn)入發(fā)射模式時(shí),，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(jī)的P1口各管腳分別控制NRF401的DIN,、DOUT、TXEN,、PWRUP,、CS這五個(gè)腳即可。

2.4.3 對(duì)于呼吸信號(hào)處理的編程

將接收到的呼吸信號(hào)接入接收部分單片機(jī)中,，對(duì)溫度值進(jìn)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(lái)作為是否出現(xiàn)呼吸暫停的依據(jù)，這種方法會(huì)受周圍溫度的影響,，若溫度過(guò)高,，該系統(tǒng)就會(huì)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(dǎo)致的呼吸變化總能準(zhǔn)確地判斷出來(lái)。經(jīng)過(guò)調(diào)試,，這種思想很好地解決了因周圍溫度變化所帶來(lái)的干擾,。

2.4.4 對(duì)于顯示電路的程序

當(dāng)溫度在10s或l0s以上還沒(méi)出現(xiàn)變化時(shí)，將計(jì)數(shù)器加一,，如果存在呼吸暫停,，但沒(méi)有達(dá)到10s，則定時(shí)器清零,，重新返回程序,。

3 結(jié)束語(yǔ)

此系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)呼吸暫停的遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)，在監(jiān)測(cè)上還具有很高的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性,。我們利用此呼吸暫停監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際的檢測(cè),，取被測(cè)個(gè)體12人，其有效率和準(zhǔn)確率達(dá)到90%,，只有在附近環(huán)境電磁場(chǎng)強(qiáng)烈干擾時(shí)時(shí)才會(huì)造成,。