基于單片機(jī)的人體脈搏測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

高磊 張可菊* 沈陽工學(xué)院信息與控制學(xué)院

1 引言

人體脈搏測(cè)試是用來測(cè)量一個(gè)人心臟跳動(dòng)次數(shù)的電子儀器，也是心電圖的主要組成部分，用來測(cè)量頻率較低的小信號(hào)。本設(shè)計(jì)使用AT89C51作為主控芯片，利用人體紅外脈搏傳感器對(duì)人體脈搏信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，使用LED數(shù)碼管進(jìn)行脈搏個(gè)數(shù)的顯示，可以通過按鍵來進(jìn)行脈搏頻率值的設(shè)定。系統(tǒng)通過脈搏傳感器采集脈搏信息輸出電壓信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大電路對(duì)其進(jìn)行放大，然后將放大后的脈搏信號(hào)通過電壓基準(zhǔn)變化電路和過零比較器轉(zhuǎn)換為單片機(jī)易于處理的脈沖信號(hào)。通過單片機(jī)編程對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)脈搏波動(dòng)頻率的測(cè)量和計(jì)數(shù)直觀地顯示出來，并且具有超限報(bào)警的功能。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

脈搏波動(dòng)頻率測(cè)量的實(shí)現(xiàn)是通過脈搏傳感器采集脈搏信息輸出電壓信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大電路對(duì)其進(jìn)行放大。然后將放大后的脈搏信號(hào)通過電壓基準(zhǔn)變化電路和過零比較器轉(zhuǎn)換為單片機(jī)易于處理的脈沖信號(hào)。通過對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程來實(shí)現(xiàn)對(duì)脈搏波動(dòng)頻率的測(cè)量和計(jì)算，最終在顯示電路中直觀的顯示出來。硬件原理框圖如圖1所示。

圖1 脈搏測(cè)量系統(tǒng)硬件原理框圖

3 硬件電路概述

為達(dá)到電路低成本、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用的設(shè)計(jì)目的，從設(shè)計(jì)要求出發(fā)，設(shè)計(jì)了信號(hào)放大電路、電壓基準(zhǔn)變化電路、過零比較器，單片機(jī)處理電路及LED顯示電路等。電路由傳感器電路、信號(hào)放大和整形電路、單片機(jī)電路、數(shù)碼顯示電路等部分組成。電路的原理圖如圖2所示。

圖2 電路的原理圖

本設(shè)計(jì)用的傳感器主要由紅外線發(fā)射二極管和接收二極管組成，測(cè)量的原理如下：將手指放在紅外線發(fā)射二極管和接收二極管中間，隨著心臟的跳動(dòng)，血管中血液的流量將發(fā)生變化。由于手指放在光的傳遞路徑中，血管中血液飽和程度的變化將引起光的強(qiáng)度發(fā)生變化，因此和心跳的節(jié)拍相對(duì)應(yīng)，紅外接收二極管的電流也跟著改變，這就導(dǎo)致紅外接收二極管輸出脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)由F1～F3、R3～R5、C1、C2等組成的低通放大器進(jìn)行放大，再經(jīng)由F4、R6、R7、C3組成的放大器進(jìn)一步放大，其輸出信號(hào)送給由F5、F6、RP1、R8等組成的施密特觸發(fā)器進(jìn)行整形后輸出，輸出的脈沖信號(hào)作為單片機(jī)的外部中斷信號(hào)?？勺冸娮鑂P1用來調(diào)整施密特觸發(fā)器的閥值電壓，從而調(diào)整電路的靈敏度。

本系統(tǒng)通過脈搏傳感器采集脈搏信息輸出電壓信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大電路對(duì)其進(jìn)行放大。然后，將放大后的脈搏信號(hào)通過電壓基準(zhǔn)變化電路和過零比較器轉(zhuǎn)換為單片機(jī)易于處理的脈沖信號(hào)。通過單片機(jī)編程對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)脈搏波動(dòng)頻率的測(cè)量和計(jì)數(shù)直觀地顯示出來。本設(shè)計(jì)使用AT89C51作為主控芯片，利用人體紅外脈搏傳感器作為對(duì)人體脈搏檢測(cè)的傳感器，使用LED數(shù)碼管進(jìn)行脈搏個(gè)數(shù)的顯示，使用按鍵作為輸入部分使用，可以通過按鍵來進(jìn)行脈搏頻率值的設(shè)定，并具有超限報(bào)警的功能。模擬電路簡(jiǎn)單，由ADC841芯片實(shí)現(xiàn)脈搏信號(hào)采集，信號(hào)處理和脈搏次數(shù)的計(jì)算等功能，因此體積小，功耗低，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)脈搏波的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)并可實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)(PC 機(jī))的實(shí)時(shí)通訊，因此可作為多參數(shù)病人中心監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的一個(gè)模塊完成心率檢測(cè)和脈搏波形顯示。

[1]基于BL-410 的指端脈搏波采集系統(tǒng)應(yīng)用研究.歐陽俊.2004.第1卷第2期

[2]光電式脈搏波監(jiān)測(cè)系統(tǒng).韓文波.長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械學(xué)院學(xué)報(bào).1999.第22卷第4期