壓電薄膜傳感器及其在心臟監(jiān)測中的應(yīng)用

　　圖4中，譯碼器用最高3位進行譯碼。它的輸出分別作為ROM、RAM、通道地址鎖存器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、8255等片選信號。系統(tǒng)配置8K字節(jié)的EPROM監(jiān)控程序，實現(xiàn)系統(tǒng)自檢、輸入/輸出驅(qū)動;提供擴展8K字節(jié)RAM的能力。8路開關(guān)輸入量通過光隔離器件后，直接連到P1口的8 位。8路開關(guān)輸出接口到8255P的B通道。8模擬輸入通道連接到模擬開關(guān)，用軟件控制切換，分時使用一片模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。模擬輸出通道采用帶輸入數(shù)據(jù)緩沖器的數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片。系統(tǒng)直接使用8031片內(nèi)的串行輸入、輸出功能作為全雙工的串行輸入、輸出口。數(shù)據(jù)的采樣是依據(jù)采樣定理，采樣定理可以描述為：只要采樣頻率大于模擬信號中最高頻率分量頻率的兩倍，則模擬信號中所包含的全部信息，也包含在它的采樣值中。根據(jù)這個定理我們可通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，定時(滿足采樣頻率大于模擬信號最高頻率)對檢測波形進行采樣，得到的采樣數(shù)據(jù)(攜帶有檢測波形的全部信息)可保存在存儲器中，來實現(xiàn)波形的存儲和輸出。我們使用8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器AD0804，采用差動雙端模擬輸入。AD0804的WR信號控制三態(tài)門，實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出線與系統(tǒng)數(shù)據(jù)線的連接。

　　2、信號處理控制部分

　　信號處理控制器，該控制器由8031單片機完成。壓電傳感器獲得通道一(心音)數(shù)據(jù)、心電電極獲得通道二(心電)數(shù)據(jù)后，通過模擬電路先對其放大，后對其模擬信號進行整形，轉(zhuǎn)化為脈沖形式(開關(guān)量)。利用8031單片機中的兩個定時器/計數(shù)器T0和T1分別工作于定時和計數(shù)方式，對心音心電波形整形后的脈沖進行計數(shù)，然后通過軟件計算脈搏心率每分鐘跳動次數(shù)，并根據(jù)軟件分析心電心音數(shù)據(jù)相關(guān)的量。
　　3、信號的輸出部分

　　信號的輸出部分包括接口電路和顯示。接口電路部分采用了可編程輸入輸出接口片子8255，通過它可直接將CPU總線接向外設(shè)。我們選用8255 的能輸入/輸出方式，完成微型記錄盒與PC機數(shù)據(jù)傳送。為了方便計算機正確地找到該接口電路，賦予8255接口特定的地址，通過口地址譯碼確定接口電路地址。譯碼電路如圖5所示。選擇采用數(shù)據(jù)查詢式傳送方式向外界傳送數(shù)據(jù)，其優(yōu)點是當(dāng)CPU與外部過程不同步時，也可以很好地解決CPU的時序和I/O端口的時序之間的配合問題，從而不同外設(shè)的狀態(tài)信息，可以使用同一端口，而使用不同的位就行。結(jié)果顯示部分由液晶顯示塊顯示。選用點陣式液晶顯示塊顯示心音和心電中心臟跳動次數(shù)及記錄儀的工作時間、狀態(tài)等。
四、心率計算程序

　　計算程序中，根據(jù)實際測量精度，選擇單片機定時器/計數(shù)器T0作為定時器，而定時器/計數(shù)器T1作為計數(shù)器，且都工作于16位計數(shù)器操作模式0 為定時器時，選取定時時間為5ms，另設(shè)定一計數(shù)器CR。根據(jù)公式：(216-X)×T1=T2計算出X值。其中T1為一個機器周期時間，T2為定時時間。首先設(shè)定模式控制字，接通T1計數(shù)器，當(dāng)外部脈沖的第一個下降沿到時即TL1=1時，T0開始計數(shù)，當(dāng)其溢出產(chǎn)生中斷時，CR開始計數(shù)，直到TL1= 4時，T0、T1停止計數(shù)，讀取寄存器值，計算最終結(jié)果。簡單的程序流程圖如圖6。
　　五、結(jié)果討論

　　利用高分子壓電材料聚偏氟乙稀研制成壓電薄膜傳感器應(yīng)用于心音心電監(jiān)測系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確不失真的采集人體微弱的心音脈搏信號。該薄膜傳感器與心音心電整機之間結(jié)構(gòu)、性能匹配，通過實驗，本心音心電監(jiān)測系統(tǒng)可以初步監(jiān)測人體的心音心電信號，該系統(tǒng)將應(yīng)用于臨床試驗，預(yù)計不久將可能推廣應(yīng)用。