肺功能检测仪的硬件设计(附件)
近年来，随着环境恶化和空气质量下降，患有慢性阻塞性疾病的人数一直在增加，慢性阻塞性疾病的临床特征是患者存在气流受限。慢性阻塞性疾病的诊断是通过肺功能检测仪检测的。本文主要介绍了基于单片机的肺功能检测仪的设计方案，为了实现操作简便、价格实惠并且稳定性高的肺功能检测仪，选择精准度高、稳定的传感器和主控芯片，并设计实现上下位机通信。本文硬件部分采用STM32单片机作为硬件的主要控制芯片。选取型号为XGZP6847的压力传感器变送器模块检测人体吹气的气压，然后气压转换为电压，经过基于LM358的低通滤波器滤掉高频噪声，使用STM32的ADC对电压进行快速采样，最后在计算机上面显示，从而实现肺活量的检测。 关键词 慢性阻塞性疾病，肺活量测量，压力传感器，STM32单片机
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 课题研究目的和意义 1
1.3 肺功能仪国内外发展现状和发展趋势 1
1.4 肺功能的三种检测指标 2
2 系统整体方案规划设计 6
2.1肺功能检测仪功能 6
2.2 肺功能检测仪设计要求 7
2.3 肺功能检测仪硬件系统的设计方案选择 7
3 系统硬件设计 12
3.1 硬件设计总体原则 12
3.2 系统硬件基本结构 12
3.3 系统各个模块硬件设计 13
4 肺功能检测仪的稳定性研究 23
4.1 实验方法 24
4.2 数据统计分析 24
4.3 数据分析与结果 24
4.4 讨论 25
5 系统分析与调试 26
5.1 系统分析 26
5.2 系统调试 27
结 论 29
致 谢 30
参 考 文 献 31
1 绪论
课题研究背景
近些年来我国的空气污染越来越严重，再加上我国是个烟草大国。吸一手烟和二手烟的人数居多，导致肺部吸入含有有害颗粒的气体过多。因此慢性阻塞性疾病成为我们生活中一种特别普遍的呼吸道系统病症，慢性阻塞性疾病的临床表现是肺气肿，有 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
时还伴有慢性支气管炎的症状，患病严重的患者有可能造成肺心病，最严重患者可能呼吸衰竭。有关世界卫生组织资料显示:慢性阻塞性疾病死亡率排第3位，发病率排第12位，世界疾病经济负担排第5位。在我们国家情况更为严重，在我们中国每年有128万人死于慢性阻塞性疾病，40岁以上的患慢性阻塞性疾病的占9.3%，也是我国农村十大疾病死亡之首，也就是我国农村疾病死亡率的第一位[4]，由于慢性阻塞性疾病犯病率和死亡率都很高，给我国的社会经济带来了很大的压力，成为我国建设现代化国家的绊脚石[2]。慢性阻塞性疾病俨然已经成为一个全球十分重要的健康问题。
我国的慢性阻塞性疾病的检测仪器多为进口并且价格十分昂贵，只能在一些大型的三甲医院配备，这就导致基层医院缺少对慢性阻塞性疾病的检测仪器，从而接受检测的人数过少，更加剧了慢性阻塞性疾病死亡率和发病率，在调研过程中我们还发现对于慢性阻塞性疾病的误诊率和漏诊率都很高，这都源于肺功能检测仪的缺乏，造成没法按照标准对肺功能进行检测。
1.2 课题研究目的和意义
综上所述，市场特别需要一款价格实惠、操作方便、稳定性高、能对慢性阻塞性疾病实现精准度高的检测的仪器，从而降低我国的慢性阻塞性疾病的发病率和死亡率，同时也改变我国肺功能检测仪完全依靠进口的窘况，也会大大改善基层医疗卫生系统的检测能力，对预防和检测慢性阻塞性疾病有很长远的意义。
1.3 肺功能仪国内外发展现状和发展趋势
相比于其他国家，我国医疗器械研究和生产起步比较晚，也由于技术人才的缺乏，信息资料库的处理能力低。肺功能的检测在中国是从20世纪50年代起步，我国生产该仪器商家有四川达冠、安徽电子设计院、成都奥克斯电器、四川达冠集团，其中最先生产电脑控制检测的商家是达观集团。达冠集团生产的仪器有S980系列。安徽电子设计院根据国外肺功能检测仪的基础上进行开发，已经面向市场的是RSFJ系列化的产品，安徽电子设计院目前所研制的肺功能检测仪。有两种型号，第一种是肺功能测量仪FGC－A,第二种是FGC－A+肺功能仪测量仪（全自动）。和中国相比，外国的肺功能检测仪技术已经比较成熟，外国的大型医院使用最多的是德国叶格和美国森蒂森公司生产的肺功能测量仪，因为美国森蒂森公司生产的肺功能检测仪精度特别高，但是消耗的原材料也比较多，所以导致成本比较高，因此不适合我国的市场行情。所以我国的大型三甲及以上医院普遍使用的是德国耶格生产的肺功能测量仪。除了以上的两种以外，最近一些年，方便携带的肺功能测量仪已经出现在我国的医疗器械市场上。生产商家主要有日本西门子、日本福能、还有英国的科迈，日本福能所研制出的方便携带的ST系列检测仪,这个系列的检测仪主要适用在二级医院，三甲以上医院用的比较少。日本西门子生产的方便携带的肺功能测量仪，英国科麦生产的方便携带的肺功能测量仪有两个系列：micro lab和micro loop[1]。这种方便携带的肺功能测量仪，拥有单机可操作的优点，也可以同电脑相连接，能够实现所有的操作转到电脑上，英国科迈自己研发的是在windows系统的基础上开发设计的SPCS软件，很大程度上拓展了它的应用，方便携带式的测量仪优点就是方便外出携带和容易操作上手，更适合在基础医疗点应用。但是便携式肺功能检测仪的缺点就是精准度不高，和标准的肺功能测量仪相比存在误差，这就导致增加慢性阻塞性疾病的误诊率，所以便携式肺功能检测仪的精准度还要经过进一步通过研究来提高。
最近40年多以来，随着高度集成化技术、芯片技术的快速发展，同微小型计算机肺功能测量仪的技术结合。流量传感器测量精度的一再提高，传感器技术的飞速进步，因此，肺功能检测量的技术一直在提高，从经济因素上看，大大降低了肺功能测量仪的开发成本，从使用方便的快捷程度上看，大大的缩小了肺功能测量仪的体积，从操作方式的难易程度上看，操作比以往更加的方便和简洁[3]。同时还没有降低肺功能测量仪的质量和精准度。综上所述，精准度高、方便携带的肺功能测量仪已经逐渐成为市场的宠儿。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 课题研究目的和意义 1
1.3 肺功能仪国内外发展现状和发展趋势 1
1.4 肺功能的三种检测指标 2
2 系统整体方案规划设计 6
2.1肺功能检测仪功能 6
2.2 肺功能检测仪设计要求 7
2.3 肺功能检测仪硬件系统的设计方案选择 7
3 系统硬件设计 12
3.1 硬件设计总体原则 12
3.2 系统硬件基本结构 12
3.3 系统各个模块硬件设计 13
4 肺功能检测仪的稳定性研究 23
4.1 实验方法 24
4.2 数据统计分析 24
4.3 数据分析与结果 24
4.4 讨论 25
5 系统分析与调试 26
5.1 系统分析 26
5.2 系统调试 27
结 论 29
致 谢 30
参 考 文 献 31
1 绪论
课题研究背景
近些年来我国的空气污染越来越严重，再加上我国是个烟草大国。吸一手烟和二手烟的人数居多，导致肺部吸入含有有害颗粒的气体过多。因此慢性阻塞性疾病成为我们生活中一种特别普遍的呼吸道系统病症，慢性阻塞性疾病的临床表现是肺气肿，有 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
时还伴有慢性支气管炎的症状，患病严重的患者有可能造成肺心病，最严重患者可能呼吸衰竭。有关世界卫生组织资料显示:慢性阻塞性疾病死亡率排第3位，发病率排第12位，世界疾病经济负担排第5位。在我们国家情况更为严重，在我们中国每年有128万人死于慢性阻塞性疾病，40岁以上的患慢性阻塞性疾病的占9.3%，也是我国农村十大疾病死亡之首，也就是我国农村疾病死亡率的第一位[4]，由于慢性阻塞性疾病犯病率和死亡率都很高，给我国的社会经济带来了很大的压力，成为我国建设现代化国家的绊脚石[2]。慢性阻塞性疾病俨然已经成为一个全球十分重要的健康问题。
我国的慢性阻塞性疾病的检测仪器多为进口并且价格十分昂贵，只能在一些大型的三甲医院配备，这就导致基层医院缺少对慢性阻塞性疾病的检测仪器，从而接受检测的人数过少，更加剧了慢性阻塞性疾病死亡率和发病率，在调研过程中我们还发现对于慢性阻塞性疾病的误诊率和漏诊率都很高，这都源于肺功能检测仪的缺乏，造成没法按照标准对肺功能进行检测。
1.2 课题研究目的和意义
综上所述，市场特别需要一款价格实惠、操作方便、稳定性高、能对慢性阻塞性疾病实现精准度高的检测的仪器，从而降低我国的慢性阻塞性疾病的发病率和死亡率，同时也改变我国肺功能检测仪完全依靠进口的窘况，也会大大改善基层医疗卫生系统的检测能力，对预防和检测慢性阻塞性疾病有很长远的意义。
1.3 肺功能仪国内外发展现状和发展趋势
相比于其他国家，我国医疗器械研究和生产起步比较晚，也由于技术人才的缺乏，信息资料库的处理能力低。肺功能的检测在中国是从20世纪50年代起步，我国生产该仪器商家有四川达冠、安徽电子设计院、成都奥克斯电器、四川达冠集团，其中最先生产电脑控制检测的商家是达观集团。达冠集团生产的仪器有S980系列。安徽电子设计院根据国外肺功能检测仪的基础上进行开发，已经面向市场的是RSFJ系列化的产品，安徽电子设计院目前所研制的肺功能检测仪。有两种型号，第一种是肺功能测量仪FGC－A,第二种是FGC－A+肺功能仪测量仪（全自动）。和中国相比，外国的肺功能检测仪技术已经比较成熟，外国的大型医院使用最多的是德国叶格和美国森蒂森公司生产的肺功能测量仪，因为美国森蒂森公司生产的肺功能检测仪精度特别高，但是消耗的原材料也比较多，所以导致成本比较高，因此不适合我国的市场行情。所以我国的大型三甲及以上医院普遍使用的是德国耶格生产的肺功能测量仪。除了以上的两种以外，最近一些年，方便携带的肺功能测量仪已经出现在我国的医疗器械市场上。生产商家主要有日本西门子、日本福能、还有英国的科迈，日本福能所研制出的方便携带的ST系列检测仪,这个系列的检测仪主要适用在二级医院，三甲以上医院用的比较少。日本西门子生产的方便携带的肺功能测量仪，英国科麦生产的方便携带的肺功能测量仪有两个系列：micro lab和micro loop[1]。这种方便携带的肺功能测量仪，拥有单机可操作的优点，也可以同电脑相连接，能够实现所有的操作转到电脑上，英国科迈自己研发的是在windows系统的基础上开发设计的SPCS软件，很大程度上拓展了它的应用，方便携带式的测量仪优点就是方便外出携带和容易操作上手，更适合在基础医疗点应用。但是便携式肺功能检测仪的缺点就是精准度不高，和标准的肺功能测量仪相比存在误差，这就导致增加慢性阻塞性疾病的误诊率，所以便携式肺功能检测仪的精准度还要经过进一步通过研究来提高。
最近40年多以来，随着高度集成化技术、芯片技术的快速发展，同微小型计算机肺功能测量仪的技术结合。流量传感器测量精度的一再提高，传感器技术的飞速进步，因此，肺功能检测量的技术一直在提高，从经济因素上看，大大降低了肺功能测量仪的开发成本，从使用方便的快捷程度上看，大大的缩小了肺功能测量仪的体积，从操作方式的难易程度上看，操作比以往更加的方便和简洁[3]。同时还没有降低肺功能测量仪的质量和精准度。综上所述，精准度高、方便携带的肺功能测量仪已经逐渐成为市场的宠儿。
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