[发明专利]一种基于血氧饱和度测量的鼾病自治的闭环控制电路

摘要

本发明公开了一种基于血氧饱和度测量的鼾病自治的闭环控制电路，包括电源电路、血氧饱和度采集信号电路I、信号调理电路Ⅱ、数模转换电路Ⅲ、主控单元电路Ⅳ、OLED显示模块电路Ⅴ、通信模块电路Ⅵ和电流脉冲产生电路Ⅶ；电源电路包括+5V输出电源电路、+4.5V基准电压电路、+3.3V基准电压电路和+2.5V基准电压电路。本发明实现了基于血氧饱和度测量的鼾病自治系统的闭环控制电路。利用了光电传感器的高灵敏度，高准确度等特点。在信号调理电路中，选择了低噪声，低失调的运算放大器芯片与高精度的模数转换芯片来提高血氧饱和度信号的分辨率。

主权项

一种基于血氧饱和度测量的鼾病自治的闭环控制电路，其特征在于：包括电源电路、血氧饱和度采集信号电路I、信号调理电路Ⅱ、数模转换电路III、主控单元电路IV、OLED显示模块电路Ⅴ、通信模块电路Ⅵ和电流脉冲产生电路Ⅶ；电源电路包括+5V输出电源电路、+4.5V基准电压电路、+3.3V基准电压电路和+2.5V基准电压电路；OLED显示模块电路上的SS、SCK、MISO、MOSI引脚分别和主控芯片IC15的20脚，21脚，22脚，23脚相连；+5V输出电源电路包括开关电源芯片IC1、第一非极性电容C1、第二非极性电容C2、第三非极性电容C3、第四非极性电容C4、第五非极性电容C5、第一极性电容Cp1、第二极性电容Cp2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一肖特基二极管D1和第一电感L1；开关电源芯片IC1的7脚、第一非极性电容C1的一端、第二非极性电容C2的一端和第三非极性电容C3的一端接+9V的输入电压；开关电源芯片IC1的6脚、第一非极性电容C1的另一端、第二非极性电容C2的另一端、第三非极性电容C3的另一端、第二电阻R2的一端、第一极性电容Cp1的负极、第二极性电容Cp2的负极和第五非极性电容C5的一端都接地；开关电源芯片IC1的2脚，3脚，5脚都悬空；开关电源芯片IC1的1脚接第四非极性电容C4的一端；开关电源芯片IC1的8脚、第四非极性电容C4的另一端、第一肖特基二极管D1的阴极接第一电感L1的一端，第一电感L1的另一端、第一电阻R1的一端、第一极性电容Cp1的正极、第二极性电容Cp2的正极、第五非极性电容C5的一端接第三电阻R3的一端；第三电阻R3的另一端作为电压+5V的输出端；第一肖特基二极管D1的阳极接地；第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的另一端接开关电源芯片IC1的4脚；开关电源芯片IC1采用德州仪器公司的电源芯片TPS5420；+4.5V基准电压电路包括第一基准电压芯片IC2，第一运算放大器芯片IC3，第六非极性电容C6，第七非极性电容C7，第八非极性电容C8，第九非极性电容C9，第十非极性电容C10，第四电阻R4；第一基准电压芯片IC2的2脚和第六非极性电容C6的一端接电源电路的+5V电源输出端，第一基准电压芯片IC2的4脚和第六非极性电容C6的另一端接地，第一基准电压芯片IC2的5脚通过第七非极性电容C7接地，第一基准电压芯片IC2的6脚和第四电阻R4的一端连接后通过第八非极性电容C8接地；第四电阻R4的另一端、第九非极性电容C9的一端接第一运算放大器芯片IC3的3脚，第一运算放大器芯片IC3的2脚、第九非极性电容C9的另一端接地；第一运算放大器芯片IC3的5脚与第十非极性电容电容C10的一端连接后接电源电路的+5V电源输出端，第十非极性电容C10的另一端接地；第一运算放大器芯片IC3的1脚和4脚连接，作为+4.5V基准电压输出端；第一基准电压芯片IC2采用德州仪器的基准电压芯片REF5045，第一运算放大器芯片IC3采用德州仪器的精密运放芯片OPA376；+3.3V基准电压电路包括第一线性稳压器芯片IC4，第三极性电容Cp3，第四极性电容Cp4，第十一非极性电容C11，第十二非极性电容C12，第五电阻R5和第六电阻R6；线性稳压器芯片IC4的3脚、第三极性电容Cp3的正极和第十一非极性电容C11的一端接电源电路的+5V电源输出端；线性稳压器芯片IC4的1脚、第三极性电容Cp3的负极和第十一非极性电容C11的另一端都接地；第一线性稳压器芯片IC4的2脚、4脚、第四极性电容Cp4的正极、第十二非极性电容C12的一端和第五电阻R5的一端接到一起并通过第六电阻R6接到+3.3V基准电压输出端；第五电阻R5的另一端接到发光二极管LED1的阳极；第四极性电容Cp4的负极、第十二非极性电容C12的另一端和第一发光二极管LED1的阴极都接地；第一线性稳压器芯片IC4采用德州仪器的基准电压芯片REF5045；+2.5V基准电压电路包括第二基准电压芯片IC5，第二运算放大器芯片IC6，第十三非极性电容C13，第十四非极性电容C14，第十五非极性电容C15,第十六非极性电容C16，第十七非极性电容C17和第七电阻R7；第二基准电压芯片IC5的2脚和第十三非极性电容C13的一端接电源电路的+5V电源输出端，第二基准电压芯片IC5的4脚和第十三非极性电容C13的另一端接地，第二基准电压芯片IC5的5脚通过第十四非极性电容C14接地，第二基准电压芯片IC5的6脚和第七电阻R7的一端连接后通过第十五非极性电容C15接地；第七电阻R7的另一端、第十六非极性电容C16的一端接第二运算放大器芯片IC6的3脚，第二运算放大器芯片IC6的2脚、第十六非极性电容C16的另一端接地；第二运算放大器芯片IC6的5脚与第十七非极性电容C17的一端连接后接电源电路的+5V电源输出端，第十七非极性电容C17的另一端接地；第二运算放大器芯片IC6的1脚和4脚连接，作为+4.5V基准电压输出端；第二基准电压芯片IC5采用德州仪器的基准电压芯片REF5045，第二运算放大器芯片IC6采用德州仪器的精密运放芯片OPA376；电流脉冲产生电路包括时基集成芯片IC7，第十八非极性电容C18，第十九非极性电容C19，第二十非极性电容C20，第八电阻R8，第九电阻R9，第十电阻R10，第十一电阻R11，第十二电阻R12，第十三电阻R13，第一三极管V1，第二三极管V2，第二肖特基二极管D2，第三肖特基二极管D3、第一开关K1、脉冲变压器T和9V电池；第一开关K1的一端，第八电阻R8的一端、第九电阻R9的一端、第一三极管V1的集电极、第二三极管V2的集电极连接到时基集成芯片IC7的8脚；第一开关K1的另一端接到电池的正极；第八电阻R8的另一端接第十八非极性电容C18的一端，第十八非极性电容C18的另一端，第九电阻R9的另一端接到第一三极管V1的基极；三极管V1的发射极、第十电阻R10的一端，第十九非极性电容C19的一端接到第二三极管V2的基极；第二三极管V2的发射极与第十一电阻R11连接后，接到时基集成芯片IC7的4脚；第十二电阻R12的另一端和第十三电阻R13的一端连接后接到时基集成芯片IC7的7脚；第十三电阻R13的另一端、第二十非极性电容C20的一端接到时基集成芯片IC7的2脚和6脚；第十电阻R10的另一端、第十九非极性电容C19的另一端、第十一电阻R11的另一端、第二十非极性电容C20的另一端、时基集成芯片IC7的1脚和5脚都连接到电池的负极；第二肖特基二极管D2的阳极接到时基集成芯片IC7的3脚，第二肖特基二极管D2的阴极、第三肖特基二极管D3的阴极接到脉冲变压器T的原边的一端；第三肖特基二极管D3的另一端与脉冲变压器T的另一端相连后再接到时基集成芯片的5脚；时基集成芯片IC7采用美国西格尼蒂克斯公司的Tmer NE555双极型时基电路；血氧饱和度采集电路主要包括第二线性稳压芯片IC8，第三运算放大器芯片IC9，光电传感器芯片IC10，第二十一非极性电容C21，第二十二非极性电容C22，第十四电阻R14，第十五电阻R15，第十六电阻R16，第十七电阻R17，第四肖特基二极管D4，发光二极管D5；第二线性稳压芯片IC8的2脚接正15V，3脚接地，1脚作为电压输出与第十四电阻R14的一端相接；第十四电阻R14的另一端、第十五电阻R15的一端、第二十一非极性电容C21的一端接到第三运算放大器芯片IC9的3脚；第十五电阻R15的另一端和第二十一非极性电容C21的另一端相连后接地；第三运算放大器芯片IC9的7脚接正15V，4脚接地；第二十二非极性电容C22的一端、第十六电阻电阻R16的一端接到第三运算放大芯片IC9的2脚；第二十二非极性电容C22的另一端，第十七电阻R17的一端接到第三运算放大器芯片IC9的1脚；第十七电阻R17的另一端和第四肖特基二极管D4的阴极、发光二极管D5的阳极相连接；第四肖特基二极管D4的阳极和发光二极管D5的阴极都接地；光电传感器芯片IC10的4脚和5脚相连接后接第十六电阻R16的另一端；光电传感器芯片IC10的3脚和8脚都接地；第二线性稳压芯片IC8采用德州仪器公司的电源芯片REF102；第三运算放大器芯片IC9采用德州仪器公司的精密放大器芯片OPA627；光电传感器芯片IC10采用德州仪器公司的一款模拟的光电传感器OPT101；血氧饱和度信号调理电路主要包括第四运算放大器芯片IC11、第五运算放大器芯片IC12、第二十三非极性电容C23、第二十四非极性电容C24、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25；第十八电阻R18的一端和第十九电阻R19的一端接第四运算放大器芯片IC11的2脚；第十八电阻R18的另一端作为光电传感器的输入端；第十八电阻R18的另一端接电压输出电路的+4.5V基准电压输出端；第二十一电阻R21的一端接第四运算放大器芯片IC11的3脚，另一端接地；第二十电阻R20的一端接第四运算放大器芯片IC11的2脚，另一端接第四运算放大器芯片IC11的1脚，作为电压转换电路的输出；第四运算放大器芯片IC11的8脚接输出电源电路的+5V电源输出端，4脚接地；第二十二电阻R22的一端接第四运算放大器芯片IC11的1脚，第二十二电阻R22的另一端和第二十三电阻R23的一端、第二十三非极性电容C23的一端相连接作为低通滤波电路的输入端；第二十三电阻R23的另一端、第二十四非极性电容C24的一端和第五运算放大器芯片IC12的3脚连接，第二十四非极性电容C24的另一端接地；第二十四电阻R24的一端和第二十五电阻R25的一端接第五运算放大器芯片IC12的2脚，第二十四电阻R24的另一端接地；第二十五电阻R25的另一端和第二十三非极性电容C23的另一端接第五运算放大器芯片IC12的1脚，作为信号调理电路的输出端；第四运算放大器芯片IC11、第五运算放大器芯片IC12分别采用德州仪器公司的高精密运放芯片OPA2367和OPA376；数模转换电路包括模数转换芯片IC13、第五极性电容Cp5、第六极性电容Cp6、第七极性电容Cp7、第二十五非极性电容C25、第二十六非极性电容C26、第二十七非极性电容C27、第二十八非极性电容C28、第二十九非极性电容C29、第三十非极性电容C30、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十九电阻R29、第三十电阻R30、第三十一电阻R31、第三十二电阻R32、第三十三电阻R33和第一晶振Y1；第二十六电阻R26的一端、第五极性电容Cp5的正极、第二十五非极性电容C25的一端、第二十六非极性电容C26的一端接模数转换芯片IC13的4脚，第二十六电阻R26的另一端接电源电路的+2.5V参考电压输出端，第二十七电阻R27的一端、第五极性Cp5的负极、第二十五非极性电容C25的另一端、第二十六非极性电容C26的另一端接模数转换芯片IC13的3脚，第二十七电阻R27的另一端接地；模数转换芯片IC13的1脚、第六极性电容Cp6的正极和第二十七非极性电容C27的一端接电源电路的+5V电源输出端，第六极性电容Cp6的负极和第二十七非极性电容C27的另一端接地；模数转换芯片IC13的8脚与信号调理电路的输出端连接；模数转换芯片IC13的5脚通过电阻R33与电源电路的+2.5V参考电压输出端连接，模数转换芯片IC13的2脚接地；模数转换芯片IC13的14脚、15脚、16脚、第三十非极性电容C30的一端、第七极性电容Cp7的正极接电源电路的+3.3V电源输出端，模数转换芯片IC13的17脚、第三十非极性电容C30的另一端、第七极性电容Cp7的负极接地；第一晶振Y1的一端和第二十八非极性电容C28的一端接模数转换芯片IC13的19脚，第一晶振Y1的另一端和第二十九非极性电容C29的一端接模数转换芯片IC13的18脚，第二十八非极性电容C28的另一端和第二十九非极性电容C29的另一端接地；第二十八电阻R28的一端接模数转换芯片IC13的24脚，第二十九电阻R29的一端接模数转换芯片IC13的23脚，第三十电阻R30的一端接模数转换芯片IC13的22脚，第三十一电阻R31的一端接模数转换芯片IC13的21脚，第三十二电阻R32的一端接模数转换芯片IC13的20脚，第三十一电阻R31的另一端接地；模数转换芯片IC13采用德州仪器公司的24位高精度模数转换芯片ADS1256；所述的通信电路模块包括无线通信芯片IC14、第三十一非极性电容C31、第三十四电阻R34、第三十五电阻R35、第三十六电阻R36和接口J1；第三十四电阻R34的一端接电源电路的+3.3V电压输出端，第三十四电阻R34的另一端和第三十一非极性电容C31的一端连接到无线通信芯片IC14的1脚；第三十一非极性电容C31的另一端接地；第三十五电阻R35的一端和无线通信芯片IC14的8脚接电源电路的+3.3V电压输出端；无线通信芯片IC14的16脚接主控芯片IC15的15脚，无线通信芯片IC14的15脚接主控芯片IC15的17脚；第三十六电阻R36的一端接无线通信芯片IC14的10脚，第三十六电阻R36的另一端、无线通信芯片IC14的9脚，接口J1的2脚都接到地，接口J1的1脚接无线通信芯片IC14的12脚；无线通信芯片IC14采用乐鑫公司的ESP8266芯片；主控电路包括主控芯片IC15、第三十二非极性电容C32、第三十三非极性电容C33、第三十四非极性电容C34、第三十五非极性电容C35、第三十六非极性电容C36、第三十七电阻R37、第三十八电阻R38、第三十九电阻R39、第四十电阻R40、第二晶振Y2、第三晶振Y3、纽扣电池BT1、第二开关K2和发光二极管LED2；第三十二非极性电容C32的一端和第二晶振Y2的一端接主控芯片IC15的5脚，第三十三非极性电容C33的一端和第二晶振Y2的另一端接主控芯片IC15的6脚，第三十二非极性电容C32的另一端和第三十三非极性电容C33的另一端接地，第三十八电阻R38的一端接主控芯片IC6的60脚，另一端接地；第三十七电阻R37的一端、第三十四非极性电容C34的一端、第二开关K2的一端接主控芯片IC15的7脚，第三十七电阻R37的另一端接电源电路的+3.3V电源输出端，第三十四非极性电容C34的另一端和第二开关K2的另一端相连后接地；主控芯片IC15的1脚接纽扣电池BT1的正极，纽扣电池BT1的负极接地，主控芯片IC15的32脚、48脚、64脚、19脚、13脚都接电源电路的+3.3V电源输出端，主控芯片IC15的31脚、47脚、63脚、18脚、12脚都接地；主控芯片IC15的30脚通过第三十九电阻R39接发光二极管LED2的正极，发光二极管LED2的负极接地；第三十五非极性电容C35的一端、第四十电阻R40的一端、第三晶振Y3的一端接主控芯片IC15的3脚，第三十六非极性电容C36的一端、第四十电阻R40的另一端、第三晶振Y3的另一端接主控芯片IC15的4脚，第三十五非极性电容C35的另一端和第三十六非极性电容C36的另一端连接后接地；主控芯片IC15的34脚接数模转换电路中第二十八电阻R28的另一端，35脚接数模转换电路中第三十电阻R30的另一端，36脚接数模转换电路中地二十九电阻R29的另一端，38脚接数模转换电路中第三十一电阻R31的另一端；主控芯片IC13的20脚、21引脚、22引脚、23引脚分别为片上外设SPI1的NSS、SCLK、MISO、MOSI引脚输出端，与TF卡的SPI总线连接；主控芯片IC15采用意法半导体公司的STM32F103RCT6芯片。