基于ATP015G气体压力传感器及单片机肺活量测量仪的设计-毕业设计（论文）.doc

引言 随着社會经济的繁荣，周休二日的实施，人們的生活方式有了重大的改变。加上人口日趋高龄化，随之而起的健康养生意识逐渐受到大家重视。运动成為生活的一部份，因此『终身运动』成為全民所关心的重大议题 。终身运动的提出必然带动体质测量仪的发展。肺活量测量仪是体质测量仪中的一部分，当然也不例外。 肺活量在一定意义上反映了呼吸机能的潜在能力。测量肺活量，可判断健康人呼吸机能的强弱、某些呼吸机能减低的性质和程度以及疾病恢复后的劳动能力用测量具有下述突出的优点:目前国内一般使用设计仪,但是成本高测量由于使用了价格低的及单片机,具有价格低、直观、使用方便的特点。绪论 1.1 本课题的研究意义 肺活量测量仪在医疗部门以及学校等地方应用广泛，实现智能化、高精度、便携化是肺活量测量仪现在的发展方向。随着单片机、微电子、传感器、总线接口等高新技术的迅速发展，肺活量测量仪的研制有了长足的进步，以适应越来越高的应用要求。目前，市场上的肺活量测量仪功能各有所长，价格差异也较大。从价格和功能上比较，国内和国外产品存在较大的差异:国外的肺活量测量仪，功能较全，精度较高，但价格比较昂贵；而国内产品其功能和精度相对较低，但价格自然相对便宜。 1.2 本课题的发展现状 根据肺活量测量仪的结构分为：电子肺活量测量仪和非电子简易肺活量测量仪两大类。 1.2.1电子类肺活量测量仪 主要通过气压传感器或者气体流量传感器来对肺活量进行测量。随着全民健身计划的提出以及《学生体质健康标准》试行方案的出台市场上对肺活量计产品的需求量越来越大.然而中国的体质检测仪器与国外相比还比较落后如肺活量计还沿用三十年前的机械式产品市场上急需一种可以替代现有产品的便携式电子肺活量计带盖儿透明塑料桶（如装金龙鱼食用油的塑料桶，5升；或鲜橙多塑料瓶，2升），60 ~80长的乳胶管，玻璃管肺活量是指一次深吸气后的最大呼出的气体容积。由于人体呼出的气体密度比水轻，在水中会上升，所以可以用“排水法”制作简易肺活量计。在塑料桶中装满水后倒过来放在水中，通过导管向桶内吹气，利用气体上升把桶底的水排出、水受重力自动向下流而水面下降的原理，可以进行肺活量测量。人体吹出气体的体积，就是桶内被排出的水所占的体积，即桶内被排空部分的容积。肺活量是指一次尽力吸气后，再尽力呼出的气体总量。肺活量是一次呼吸的最大通气量，在一定意义上可反映呼吸机能的潜在能力。成年男子肺活量约为3500毫升，女子约为2500毫升。壮年人的肺活量最大，幼年和老年人较小。健康状况愈好的人肺活量愈大，肺组织损害如、肺纤维化、肺不张或肺叶切除达一定程度时都可能使肺活量减小；脊柱后凸，胸膜增厚，渗出性胸膜炎或气胸等，也可使肺扩张受限，肺活量减小。因此，肺活量明显减小是限制性通气障碍的表现。由于肺活量的测定方法简单，重复性较好，故是健康检查常用的指标。测定肺活量因不限呼气的速度，而测不出呼吸道通气不畅的疾病，因此采用时间肺活量测定法，作为肺功能的动态指标较为理想。时间肺活量就是最大吸气后用力作最快速度呼气，直至呼完为止。同时分别记录第1、2、3秒末呼出的气量。正常人应分别呼出其肺活量的83%、96%和99%。患肺阻塞性肺部疾病者往往需要5～6秒或更多时间才能呼出全部肺活量；呼吸运动受限的许多病理状态下，第1秒时间肺活量增加，并可提前呼完全部肺活量。所以，时间肺活量可作为鉴别阻塞性或限制性通气障碍的参考。气压是作用在单位面积上的大气压力，即等于单位面积上向上延伸到大气上界的垂直空气柱的重量。气象上使用的所有气压表的刻度均应以hPa分度。在标准条件下，760mmHg的气压等于1032.25hPa。压阻式气压传感器的原理是大气压作用于覆盖有抽空的小盒的敏感元件上，通过它电阻受到压缩或拉伸应力的作用，由于压电效应，电阻值的变化与气压成正比。 图2.1 2.3数据采集 计算机内部能识别的是二进制的数字信号，因此输入计算机的信号必须转换为离散的数字信号，即将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。模拟的非电量（电流、电压）必须先通过传感器，把非电量的模拟信号，如湿度、温度、压力、流量等模拟量转换为电信号。 2.3.1 A/D转换器 微型计算机只能对以二进制形式表示的信息进行运算和处理，运算和处理的结果也只能是这种数字量。但在各种自动测量、采集和控制系统中遇到的变量，时间上和幅度上大多是连续变化的物理量，即模拟量。比如用计算机对导弹、卫星的飞行过程进行监视和控制时，被监控对象大都是电压、电流、角度、速度、位移、温度等模拟量。这些模拟量并不能直接被计算机所认识和接收，必须先把它们变成计算机能认识的二进制数字量，这个过程叫做模拟／数字转换，完成这种转换的装置则被称为模／数转换器（Analog to Digital Converter），简称为A/D转换器或 ADC。由于 A/