基于MSP430的便携式运动量及生理参数监测仪设计

　　数据存储单元用于存储系统内的运动数据、血氧饱和度及心电信号等数据，需要根据存储容量、功耗、接口形式、存取速度、体积等要求选择合适的数据存储芯片。

　　显示与键盘接口单元提供了设置和操作本监测仪的键盘接口，并通过图形点阵液晶实现汉字功能菜单显示、生理参数的数值显示和波形回放等功能，为系统提供友好和智能化的人机交互界面。

　　时钟单元为系统提供实时的时间坐标，进而能为数据的存储提供可参照的起始和结束时间点。

　　数据通信单元提供本监测仪与PC机之间的数据交换手段，既可以是串行、USB、TCP/IP网络通信等有线接口方式;又可以通过无线收发芯片组建一个固定频点下(如433MHz)的无线通信网络，或者是基于GPRS的远程无线传输网络。

　　电源单元为监测仪内的模拟和数字电路部分分别供电，提供不同的工作电压和一定的电源分区管理功能，其输出质量直接关系到系统的精度和可靠性。

　　运动监测模块

　　运动监测模块完成人体运动信号的输入、放大和滤波，主要包括运动传感器和信号调理单元。

　　运动传感器一般可以有两种形式：单维的振动传感器和三维的运动传感器。前者如微振动传感器，是一种有源的微功耗振动检测器件，一般以正弦波形式输出，可将其转换成脉冲波形后输入微控制器。微控制器通过检测高电平来实时记录跑步者的步数，并以此计算运动者的体能损耗。

　　更精确的人体运动信号可以通过三维加速度传感器获得。加速度传感器作为近十几年才发展、成熟起来的运动传感器，其不仅能够通过测量运动能耗来评估运动量，还能通过测量加速度来反映人体运动的强度和频率，能够把人体的各种运动状态转换为不同幅度的电压信号。其安装简便，体积小，测量简单。三维加速度传感器是本监测仪前向通道中的理想运动传感器元件。

　　如图1所示，信号调理单元的作用是将传感器输出的微弱电信号(通常为电压信号)不失真地放大或调整到能够直接由A/D转换模块采样的幅度足够的电压信号，且信号调理单元对其前级的传感器和后级的A/D转换模块的影响要尽可能的小。

　　信号调理单元具体包括信号放大电路、滤波电路及精密电压基准电路等，主要实现信号的放大、整形及滤波等功能。信号调理单元中的信号放大电路应具有较强的共模抑制和差动放大能力，实际共模抑制比较高，输入阻抗较大，失调和温漂较小，这些都能有效减小信号放大电路对传感器输入信号的影响，减少温度误差。同时信号调理单元中的滤波器应采用同相结构的精密运放和RC网络组成高阶有源滤波器，这样既能提供一定的增益和缓冲作用，又可以减小对后级尤其是A/D转换的影响。

　　信号调理单元是本监测仪中模拟电路的主要部分，其调整后信号的精度直接决定着系统内可采集到的人体运动信号的精度，其电路结构和复杂程度也直接关系到系统的整体功耗和体积。因此信号调理单元的设计更要符合微功耗和微型化设计要求，能够在单电源下工作，其信号放大范围要与A/D转换所需的信号幅度一致，在电路结构上应力求简单，集成度要高，不宜采用分离元件太多的设计方案。

生理参数监测模块

　　从系统整体设计和降低设计难度的角度，血氧饱和度、心电信号、心率、体温等人体重要的生理参数可以通过市面上已有的一些功能模块直接获得而不必自行设计。如目前市面上已有供二次开发使用的监测血氧饱和度、心率等的集成功能模块(简称为数字式血氧模块)，其内往往已集成了信号处理内核(如Dolphin公司OEM-701模块)，这种数字式血氧模块能够通过探头直接检测人体的血氧饱和度、心率、体温等数据，支持串行接口的输出方式。