人体生理参数设计平台与实现

作     者：董萌 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：毛维;程玉华

授予年度：2017年

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 1004[医学-公共卫生与预防医学(可授医学、理学学位)] 08[工学] 10[医学] 

主      题：生物阻抗测量 生理参数 MCU 模块设计 

摘      要：随着人们生活质量的提高,肥胖人口变得越来越多,长期肥胖可能会引起糖尿病、心血管病等一系列疾病;还有很多人虽然体重没有超重,但是一直缺乏锻炼,身体的肌肉含量过低,造成其一直生活在亚健康状态,因此制造一款不仅能测量人体体重,还能测量人体体脂、肌肉含量、骨骼含量和基础代谢率等信息的设备就很有意义了。本文设计了一款基于自主研发的32位MIPS MCU的生理参数测量仪,其中的IP都是基于需求设计的,不仅降低了功耗和成本,而且减小了电路的互相干扰从而提高了系统的稳定性。MCU上用到的模块有PWM、UART、ADC和OPO等,这些模块的设计是在Linux平台上完成的,设计中需要编写规格说明,并绘制状态机,最后编写Verilog代码等完成数字前端流程,PR等后端设计,流片,测试等步骤。其中的PWM模块用于产生50Khz交流方波,ADC模块用于转化模拟信号,UART用于数据的传输。MCU之外,在外围电路上还设计了一些专门用于测量人体电阻的模块,包括低通滤波模块、三运放测量放大电路模块、电压电流转换电路模块和基于运放的峰值检测电路等四个模块,将这些外围模块与MCU结合,通过PCB板最终实现了生理参数测量平台,该系统可准确测量人体的阻抗、体重等,基于阻抗测量值编写相应的C语言程序,就可以提取出人体的主要生理参数。本文在设计并验证了MCU后,设计了外围的模块,并在平台搭建完成后能够准确测量出人体体重和人体阻抗,从而能够得出人体的生理参数。最终设计的板级电路也是最简洁化,最大程度的降低了成本。所以本系统具有自主性、高精度、低成本、高可靠性、高实用性等优点。