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類型分類：: 科普知識(shí)

數(shù)據(jù)分類：: 加速度傳感器

【應(yīng)用案例】加速度傳感器在胎兒心率測量中的應(yīng)用

發(fā)布日期：2022-10-09 點(diǎn)擊率：97

生命孕育的過程往往復(fù)雜而又狀況百出，雖說通過加強(qiáng)對準(zhǔn)媽媽的關(guān)照和護(hù)理能夠在一定程度上確保胎兒的健康和安全，但仍然會(huì)有疏漏的地方。為此通常需要借助外部儀器對胎兒發(fā)育狀況進(jìn)行檢測，其中胎心作為最早有的功能器官，能夠傳遞出與胎兒健康狀況相關(guān)的重要信息。在使用傳統(tǒng)聽診器進(jìn)行人工胎兒心率檢測時(shí)往往計(jì)數(shù)不準(zhǔn)，而帶數(shù)字顯示功能的超聲波多普勒胎兒監(jiān)護(hù)儀又價(jià)格昂貴，僅方便醫(yī)院使用，很難滿足日常需求。

隨著傳感器技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展，一種基于MEMS加速度傳感器的無創(chuàng)胎心檢測方法被提出來。這是在加速傳感器的基礎(chǔ)上，研制出的一種介于胎心聽診器和胎兒監(jiān)護(hù)儀之間的孕婦自檢用的醫(yī)療輔助儀器，簡單方便且直觀準(zhǔn)確。那這種檢測方法是怎樣實(shí)現(xiàn)的呢，必優(yōu)傳感帶大家一起來了解下吧。

基于MEMS加速度傳感器的無創(chuàng)胎心檢測方法的系統(tǒng)原理如圖1所示，通過加速度傳感器的測量，將胎兒心率情況轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)，經(jīng)電路放大、濾波降噪等一系列中間信號(hào)處理后，由A/D轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并輸入到單片機(jī)中進(jìn)行分析處理，最后輸出測量結(jié)果。

1前置放大電路

前置放大器主要考慮噪聲、輸入阻抗和共模抑制比這三項(xiàng)的影響。

2信號(hào)處理電路

母體中胎兒心率信號(hào)是屬于強(qiáng)噪聲干擾下的低頻微弱信號(hào)，由于其非常微弱，只有微伏級(jí)，同時(shí)干擾又很大，因此有效信號(hào)往往會(huì)被淹沒。干擾信號(hào)一般包括高頻的電磁干擾、50Hz工頻干擾以及母體中的其它干擾源等。工頻干擾主要以共模信號(hào)的形式存在，通常幅值可達(dá)幾伏。母體中的干擾信號(hào)和胎兒心率信號(hào)的頻率也不相重疊。能夠根據(jù)胎兒心率信號(hào)主要集中在7OHz～l10Hz范圍之內(nèi)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一款針對性強(qiáng)、性能優(yōu)越、穩(wěn)定可靠的胎兒心率信號(hào)處理電路，如圖2所示。

3A／D轉(zhuǎn)換和光電耦合電路

傳感器出來的信號(hào)是模擬電壓信號(hào)。需要經(jīng)過A／D 轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)，才能送到805l單片進(jìn)行處理為了保證安全以及防止模擬和數(shù)字電路之間的干擾，光電隔離電路也是一個(gè)必不可少的模塊。如圖3所示。

圖3 A／D轉(zhuǎn)換和光電耦合電路

4MCU信號(hào)處理

MCU對信號(hào)的處理主要是對從A／D 轉(zhuǎn)換器傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和計(jì)算胎兒心率值。設(shè)計(jì)一個(gè)基于小波變換的自適應(yīng)濾波器，能夠更好的對信號(hào)進(jìn)行處理，從中提取我們需要的信號(hào)。

MCU采用atmel公司的AT89C205l，與液晶顯示器的連接電路如圖4所示。

圖4 ＭＣＥ與液晶顯示器的連接電路圖

該單片機(jī)是采用高性能的靜態(tài)80C51設(shè)計(jì)。由先進(jìn)CMOS工藝制造并帶有非易失性Flash程序存儲(chǔ)器。全部支持l2時(shí)鐘和6時(shí)鐘操作。AT89e205包含128字節(jié)RAM、16條I／O口線、2個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器、5輸入2優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)、1個(gè)串行I／O 口可用于多機(jī)通信I／O擴(kuò)展或全雙工UART以及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。

此外，由于器件采用了靜態(tài)設(shè)計(jì)，可提供很寬的操作頻率范圍(頻率可降至0)。可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)由軟件選擇的節(jié)電模式—— 空閑模式和掉電模式。空閑模式凍結(jié)CPU，但RAM、定時(shí)器、串口和中斷系統(tǒng)仍然工作。掉電模式保存RAM 的內(nèi)容，但是凍結(jié)振蕩器，導(dǎo)致所有其它的片內(nèi)功能停止工作。由于設(shè)計(jì)是靜態(tài)的，時(shí)鐘可停止而不會(huì)丟失用戶數(shù)據(jù)。運(yùn)行可從時(shí)鐘停止處恢復(fù)。

5顯示電路

設(shè)計(jì)使用的是YLF12232F液晶顯示器。YLF12232F是一種內(nèi)置8192個(gè)16"16點(diǎn)漢字庫和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集圖形點(diǎn)陣液晶顯示器，它主要由行驅(qū)動(dòng)器／列驅(qū)動(dòng)器及128×32全點(diǎn)陣液晶顯示器組成。可完成圖形顯示，也可以顯示7．5×2個(gè)(16×16點(diǎn)陣)漢字與外部CPU接口采用串行方式控制的一款胎心監(jiān)護(hù)儀器。

基于MEMS加速度傳感器設(shè)計(jì)的胎兒心率檢測儀。對這類儀器而言，最重要的就是如何出去干擾和噪聲。從中提取我們需要的信號(hào)。隨著技術(shù)的發(fā)展，儀器也越來越小型化、便攜化。并且在適當(dāng)改進(jìn)后能夠以此為終端，做一個(gè)遠(yuǎn)程胎心監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。它是把目前的常規(guī)胎心監(jiān)護(hù)和計(jì)算機(jī)，電話通訊相結(jié)合，運(yùn)用上述胎心檢測儀，電話機(jī)和醫(yī)院的中央信號(hào)采集分析監(jiān)護(hù)主機(jī)構(gòu)成系統(tǒng)。醫(yī)院端的中央信號(hào)采集分析監(jiān)護(hù)主機(jī)給出自動(dòng)分析結(jié)果，醫(yī)生對該結(jié)果進(jìn)行診斷，如果有問題及時(shí)通知孕婦到醫(yī)院來。該技術(shù)有利于孕婦隨時(shí)檢查胎兒的狀況，有利于胎兒和孕婦的健康。

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