基于紅外技術(shù)的簡易心率計(jì)的設(shè)計(jì)探討

劉凱立

【摘要】 心腦血管疾病是造成人們危害的主要原因。設(shè)計(jì)紅外技術(shù)下簡易心率計(jì)能夠?qū)崟r(shí)有效地檢測心腦血管疾病的發(fā)生?；诩t外技術(shù)進(jìn)行簡易心率計(jì)的設(shè)計(jì)可以采用光電二極管進(jìn)行發(fā)射與接收信號的采集。本文對基于紅外技術(shù)的簡易心率計(jì)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】 紅外技術(shù) 簡易 心率計(jì) 設(shè)計(jì)

基于紅外技術(shù)的簡易心率計(jì)能夠?qū)崟r(shí)采集人體心率變化信號，根據(jù)血液流量變化計(jì)算出心率值，是一種使用較為普遍的醫(yī)療設(shè)備。

一、紅外線心率計(jì)的原理框圖

整機(jī)電路由-10V電源變換電路、血液波動(dòng)檢測電路、放大整形濾波電路、3位計(jì)數(shù)器電路、門控電路、譯碼驅(qū)動(dòng)顯示電路組成。

二、血液波動(dòng)檢測電路

血液波動(dòng)檢測電路首先通過紅外光電傳感器把血液中波動(dòng)的成分檢測出來，然后通過電容器耦合到放大器的輸入端。

TCRT5000紅外光電傳感器的檢測方法：

首先用數(shù)字萬用表的二極管檔位正向壓降測試控制端發(fā)射管（淺藍(lán)色）的正、負(fù)極，將紅黑表筆分別接發(fā)射管的兩個(gè)引腳，正反各測一次，表頭一次顯示“1.05（0.9-1.1）”，一次顯示溢出值“-1”，當(dāng)1.05V能夠正確顯示的時(shí)候，紅表筆接觸的可以認(rèn)定為正極，黑表筆接觸的可以認(rèn)定為負(fù)極。并且在兩種情況下出現(xiàn)的“1”，能夠說明發(fā)射管內(nèi)部屬于開路。若兩次都顯示“0”發(fā)射管內(nèi)不短路。然后再判斷接收管的C、E極和光電轉(zhuǎn)換效率，方法如下：將發(fā)射管的正負(fù)極分別插入數(shù)字萬用表hFE檔NPN型的C、E插孔，再將模擬萬用表打到R×1kΩ檔。紅黑表筆代表著不同的接受情況，如果表針沒有轉(zhuǎn)動(dòng)，則紅黑表筆對調(diào)，表針繼續(xù)向右偏轉(zhuǎn)至1kΩ以內(nèi)，說明該紅外光電斷續(xù)器的光電轉(zhuǎn)換效率高。

血液波動(dòng)檢測電路工作原理：TCRT5000是集紅外線發(fā)射管、接收管為一體的器件，工作時(shí)把探頭貼在手指上，力度要適中。紅外線發(fā)射管發(fā)出的紅外線穿過動(dòng)脈血管經(jīng)手指指骨反射回來，反射回來的信號強(qiáng)度隨著血液流動(dòng)的變化而變化，接收管把反射回來的光信號變成微弱的電信號，并通過C1耦合到放大器。

三、計(jì)數(shù)、譯碼、驅(qū)動(dòng)、顯示電路的調(diào)試

電路連接完畢后通電。此時(shí)由于門控電路的控制作用，計(jì)數(shù)器采用的使用能前端可以被設(shè)置為“1”，這樣計(jì)數(shù)器在運(yùn)行的時(shí)候采用的輸入碼也會(huì)有著不同的表示即5、6、7、9腳的電壓大約是0V。用示波器雙蹤測量DS1、DS2之間、 DS2與DS3之間波形，應(yīng)能顯示所示的波形，測試并把波形畫在4.5中（示波器量程：雙蹤，5V/DIV，1mS/DIV）。把食指放在傳感器的探頭處，適當(dāng)調(diào)節(jié)壓力。當(dāng)觀察到V4呈現(xiàn)有規(guī)律的亮-滅時(shí)，就可以進(jìn)行測量了。按一下門控電路的S1，這時(shí)，V5發(fā)光，計(jì)數(shù)器的使能端被置“0”，計(jì)數(shù)器開始按整形電路送來的心跳脈沖計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)的結(jié)果以BCD碼的形式送到譯碼器進(jìn)行譯碼[1]。譯碼后的結(jié)果送到數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)的結(jié)果。在運(yùn)行不同階段電路控制的輸入信號會(huì)通過計(jì)數(shù)器進(jìn)行顯示。同時(shí)前端被設(shè)置的“1”也會(huì)隨著計(jì)算器停止，在數(shù)碼管上顯示的最后計(jì)數(shù)結(jié)果。此數(shù)字乘2即是被測的心率[2]。測量并記錄計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)后，集成電路MC14553及CD4543的引腳電壓并填入。

四、倍頻電路和定時(shí)電路

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，心率計(jì)需要具有在短時(shí)間內(nèi)測得1分鐘心臟跳動(dòng)次數(shù)的功能，因此需要在電路中加入倍頻電路來實(shí)現(xiàn)快速測量的功能。假設(shè)需要在30秒內(nèi)測得1分鐘的心率，則需要2倍頻電路，倍頻所造成的額外誤差在測量心率這個(gè)情景下可忽略不計(jì)[3]。不同電路下載采用的頻率會(huì)隨著成本的增加在實(shí)際運(yùn)用中顯示的效果有著明顯的區(qū)別。由“0”變成“1”是一種較為常見的變化?；蛘哂伞?”變成“0”都會(huì)產(chǎn)生脈沖輸出。

計(jì)數(shù)器必須與定時(shí)器連接共同作用，才能完成在30秒內(nèi)測量一分鐘的心率的工作。在定時(shí)器的選擇上要保證接腳功能的正常發(fā)揮，同時(shí)根據(jù)不同型號在價(jià)格以及穩(wěn)定程度上都會(huì)表現(xiàn)出不同的情況。隨著振蕩頻率出現(xiàn)差異，少量電阻與電容都能夠表現(xiàn)出不同的脈沖。

五、結(jié)束語

紅外技術(shù)采用視距無線通訊方式，可以不直接進(jìn)行接觸就能夠獲取到相應(yīng)的數(shù)據(jù)。并且抗干擾能力較強(qiáng)，功耗相對較低。紅外技術(shù)下的簡易心率計(jì)的設(shè)計(jì)主要是利用光信號進(jìn)行的人體檢測。通過對血液流通的透射率的不同進(jìn)行采集。紅外技術(shù)下簡易心率計(jì)具有手指測量的直觀感受。血流量變化都會(huì)通過光電二極管的透射率進(jìn)行表達(dá)。發(fā)射與接收信號都能夠獲取到血流變化狀況。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]申玉宏.基于AT89S52單片機(jī)的便攜式數(shù)字心率計(jì)設(shè)計(jì)[J].科技風(fēng)， 2015（16）：14-15.

[2]劉勁松， 朱純午， 楊莉.一種基于STM32和PPG技術(shù)的腕戴式心率計(jì)設(shè)計(jì)簡[J].電子技術(shù)應(yīng)用， 2016， 42（10）：62-64.

[3]雷文禮， 袁君麗， 任新成.基于紅外技術(shù)的簡易心率計(jì)的設(shè)計(jì)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)， 2015（10）：14-15.