本研究旨在研發一套呼吸音偵測系統，並且對量測訊號進行環境雜訊濾除。
在量測呼吸音的同時，必需考慮到周邊聲音-例如：人聲、空調系統運轉聲，經常是干擾的來源，所以嘗試使用濾波方式將雜訊濾除。在硬體部分架構包含了電容式麥克風、前置放大器以及濾波器。使用兩個通道同時輸入，一端擷取肺音訊號，另一端為周圍雜訊訊號作為參考訊號。
有鑑於台灣人口結構趨向高齡化現象，老年人口逐年增加的社會中，老年人口的照顧遂變成社會中的重要課題。對居家老人而言，定期往返醫療院所做例行檢查，不但是老年人口的一種負擔，更造成了社會上成本的增加，因此建置一居家照護無線呼吸感測器，利用呼吸感測元件結合微控制器，建構一套兼具輕便可攜、成本低、並可長時間使用在居家照護之無線呼吸感測器，並結合無線傳輸設備以及現有的無線傳輸及網際網路技術，一方面可即時通報社區管理中心，利用語音系統與受照護者做緊急連繫，而另一方面可以追蹤及回報前端檢測電路收集之呼吸信號，透過網際網路傳至社區醫院資料庫儲存，受照護者也可透過視訊及語音與社區醫生做一簡易遠端建構一個人化生理感測系統之環境，使得銀髮族的健康得以受到重視以及照顧，也令其在外工作子女安心。

This paper describes the design and development of a breathing sounds monitor that with the function of filtering environmental noise. Because there are some noise sources such as voice and air-conditioner that would interfere with breathing sounds while measuring.

We try to filter out some of the noise by integrating capacitance microphone, pre-amplifier and filter into the hardware. In addition, two input channels are designed, one for picking up the lung sound, another for picking up the environmental noise as reference.

Our purpose is to design a wearable, low costs, and long life time wireless breathing sensor network for homecare application by the integration of breathing sensor and micro-controller together with wireless area network due to the increasing population of elderly people. Therefore, we can not only instantly report the home accident to community control center through VoIP voice system, but also to track and report the collected breathing signal to hospital for data storage through the internet. On the other hand, elderly people can have video/voice integrated communication with doctor through this personalized bio-sensing network for better care and let his(or her) families who work outside cease their worry.

一 緒論
1.1 研究背景……………………………………………………………………1
1.2 研究動機……………………………………………………………………3
1.3 研究目的……………………………………………………………………5
1.4 研究方法……………………………………………………………………6
1.5 論文架構……………………………………………………………………7
二 相關知識研究及文獻探討…………………………………………………… 8
2.1 國內高齡人口現況…………………………………………………………8
2.2 國內高齡人口問題…………………………………………………………8
2.3 國內外照護資訊通訊發展…………………………………………………10
2.3.1 緊急電子醫療系統………………………………………………………10
2.4 肺音擷取系統裝置…………………………………………………………14
2.4.1 硬體設備…………………………………………………………………14
2.4.2 肺音擷取系統裝置架構…………………………………………………16
2.5 呼吸系統簡介………………………………………………………………18
2.5.1 聽診………………………………………………………………………18
2.5.2 如何聽診…………………………………………………………………19
2.6 微處理器介紹………………………………………………………………21
2.6.1 時脈系統…………………………………………………………………24
2.6.2 記憶體架構………………………………………………………………24
2.6.3 邏輯模擬功能……………………………………………………………25
2.6.4 週邊功能…………………………………………………………………25
2.6.5 特殊功能暫存器…………………………………………………………25
2.6.6 看門狗……………………………………………………………………26
2.7 MSP430 網際網路連接……………………………………………………26
2.7.1 通訊協定簡介……………………………………………………………26
2.7.2 資料封裝…………………………………………………………………27
2.8 濾波器原理…………………………………………………………………28
2.8.1 巴特沃茲近似法…………………………………………………………28
2.9 發展環境……………………………………………………………………30
三 系統架構與方法……………………………………………………………….31
3.1 實驗設計……………………………………………………………………32
3.2 系統硬體架構………………………………………………………………35
3.2.1 呼吸信號截取模組(放大器) …………………………………………35
3.2.2 呼吸信號截取模組(濾波器) …………………………………………38
3.3 類比數位轉換(ADC)模組…………………………………………………39
3.4 無線傳輸模組………………………………………………………………41
3.5 MSP430實驗版硬體介紹…………………………………………………42
3.6 系統軟體……………………………………………………………………43
3.7 電路設計……………………………………………………………………43
四 實驗結果與分析………………………………………………………………44
4.1 硬體測試……………………………………………………………………44
4.1.1 電子式電容麥克風測試電路……………………………………………44
4.1.2 Butterworth濾波器電路測試………………………………………45
4.1.2.1 低通濾波器Low Pass Filter……………………………………45
4.1.2.2 高通濾波器High Pass Filter………………………………….47
4.1.2.3 帶通濾波器Bandpass Filter……………………………………47
4.1.3 60Hz帶拒濾波器……………………………………………………….48
4.2 Labview虛擬儀控模擬測試………………………………………………49
4.2.1 呼吸音檢測電路功能測試………………………………………………50
4.2.2 呼吸中止告警功能測試…………………………………………………51
4.3 類比訊號轉數位訊號測試…………………………………………………53
4.4 RF射頻收發裝置傳輸模擬測試……………………………………………55
五 結論與未來展望………………………………………………………………56
六 參考文獻………………………………………………………………………58
附錄…………………………………………………………………………………62
誌謝…………………………………………………………………………………73
簡歷…………………………………………………………………………………74

A. 英文部份
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[5] E. Kyriacou, S. Pavlopoulos, A. Bourka, A. Berler, D. Koutsouris, “Telemedicine in Emergency Care”, Proc. of the VI Int. Conf. on Medical Physics, Patras 99, pp. 293-298, Patra, Greece, September 1999

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[7] J. Bai, Y. Zhang, D. Shen, L. Wen, C. Ding, Z. Cui, F. Tian, B. Yu, B. Dai, J. Zhang, “A Portable ECG and Blood Pressure Telemonitoring System”, IEEE Engineering in Medicine and Biology, July/August 1999

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[9] V. K. Iyer, P. A. Ramamoorthy, H. Fan, and Y. Ploysongsang, “Reduction of heart sounds from lung sounds by adaptive filtering,” IEEE Trans. Biomed. Eng., vol.
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[11] 邱南福, “微機電熱絲流量晶片應用於可攜式電子化呼吸流量儀之系統研發,”國立台灣大學醫學工程學研究所,碩士論文,中華民國九十年

[12] 林峻毅,“肺音擷取裝置研製與環境雜訊濾除,” 國立台灣大學電機工程研究所,碩士論文, 中華民國九十年六月

[13] 胡志明, “肺音擷取系統及氣喘之哮鳴分析,”國立台灣大學電機工程研究所,碩士論文, 中華民國八十七年六月.


[14] 涂清源,“建構無線傳輸與網際網路之居家看護系統” 中原大學醫學工程學系,碩士論文, 中華民國九十一年七月十八日

[15] 徐銘鴻,“可攜式生理訊號擷取及傳輸系統之研製─以Windows-CE PDA為平台,”長庚大學,電機工程研究所,碩士論文,中華民國九十年七月

[16] 溫祖建,“電腦化肺音擷取系統,”國立中央大學電機工程系暨研究所,碩士論文,中華民國九十四年一月

[17] 廖偉舜,“使用轉換域可適性環境雜訊濾除器之肺音量測系統,”國立台灣大學電機工程學研究所,碩士論文,中華民國九十一年六月

[18] Albert Paul Malvino，謝昌勳、李淑芬 譯，《電子學原理》，美商麥格羅．希爾國際股份有限公司，2000

[19] Savant、Roden、Carpenter，許渭州、王水進、劉濱達 譯，《電子電路設計》，東華書局，1989

[20] 徐家杰 編著， “呼吸系統疾病護理”,五南圖書出版公司 , 90年初版

[21] 謝文哲、吳賢財、林榮三 合著，”省電型16位元單晶片MSP430入門實務”，滄海書局，92年8月初版

[22] 行政院經濟建設委員會，中華民國台灣地區民國93年至140年人口推計，2004年7月26日。

[23] 內政部戶政司「臺閩地區九十歲以上人口訪查計畫」,中華民國九十二年
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[24] 行政院衛生署統計,中華民國九十三年
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http://www.doh.gov.tw/statistic/data/死因摘要/93年/表9.xls

[25] 美律公司http://www.merry.com.tw/

[26] IAR Embedded Workbench version 3.41 for TI MSP430

[27] Texas Instruments, MSP430x44x Mixed Signal Microcontroller 30 Aug 2004

[28] Texas Instruments,”MSP430x44x Family User Guide,” 2000

[29] Texas Instruments，” TLV225x-Q1: Rail-to-Rail Very Low Power Operational Amplifier datasheet”， Mar 2004

[30] Texas Instruments，” tlv5616 Low Power 12-Bit Digital-to-Analog Converters w/ Power Down datasheet ”， Apr 2004

[31] Texas Instruments，” TPA721: 700-mW Mono Low-Voltage Audio Power Amplifier datasheet”， Jun 2004

[32] 香港沙田B救護支隊 http://www.geocities.com/stbadhk/

[33] 研廣科技公司RF天線 http://www.ancher.com.tw/rf3105.html

[34] 智控科技MSP430含網路開發版http://www.ict.com.tw/micro_processor/ultra-ev%20board.htm