在肺功能研究中,便携式肺功能仪是基本的实验设备。它通过测量呼吸气体的容积、流速和压力的变化,让研究人员或医生用来分析出呼吸问题。比如近年来日益严重的慢阻呼吸性肺病(COPD),哮喘(Asthma),气道阻塞等常见呼吸疾病。肺功能仪的设计涉及到很多医学、电子相关的知识等,现有机会跟大家共同探讨一下,以减少其他使用SRT95H传感器的工程师们少走弯路。基本设计流程如下,本文考虑讨论前端采集部分,只有采集的数据准确,后面的分析才有意义。

图1 便携式肺功能仪设计流程
使用SRT95H系列超低压产品可以对流量进行检测,其低压差,高稳定性,以及内部温度校准等优势,为简化流量检测设计,提供了很大方便。连接方式见下图:

图2 基于压力传感器SRT95H的流量检测设计电路连接
(备注: SRT95H 有多个I2C地址可以选择。如果传感器的I2C设备地址都是0x28, 为避免总线冲突,需要分开控制传感器。使用多组I2C或者GPIO来控制,都是不错的方式)。
气体采集部分,使用定制的气体采集管,把呼吸气流从湍流变成平流,使流速和压力呈线性关系。再把采集的气体,送给流量和压力传感器进行检测,检测后,把结果通过I2C送给外部的MCU进行分析。

使用时,用呼吸管把气体采集管的+/-端接到SRT95H的+/- 端。这个地方不能接错了,否则,读出的结果和呼吸的方式就是反的。
之前就是没注意区分,导致结果偏差很大。连接好后,就可以对着管子呼吸来进行数据采集了。我们要通过多组数据,找到b1, b2, b3的线性回归系数,获取精确的流量值。
方法如下:
1. 先确保MCU对SRT95H的访问是正确的。SRT95H采用I2C总线,Slave address = 0x28, 采用基于地址的数据读取。
2.从SRT95H读取的直接数据,单位是count, 需要利用公式转换成我们需要的压力格式,这样,我们就可以利用压力值做更多的分析。根据数据表中提供的计算公式来计算

这样,就可以根据上面公式,计算出当前采集的压力差是多少压力值了。
当然SRT95H也提供模拟放大的输出模式,也有相应计算的公式。
3.MCU对 SRT95H 成功进行访问后,就可以采集数据进行分析了。
采集前,先采样SRT95H的静态压力值20 s,采样间隔是2 ms,得到10000个数据, 对得到的数据,绘图,可以看到压差值并不为0,说明气道回路有死区存在,或者SRT95H