智能人體心率檢測裝置的設(shè)計(jì)

2．2 單片機(jī)控制及顯示電路
單片機(jī)控制及顯示電路如圖4所示。采用動(dòng)態(tài)顯示方式，利用單片機(jī)的P1口的P1.0～P1.6作為數(shù)碼管七段碼的輸入。利用P3.0,P3.1,P3.2,P3.3作為4只數(shù)碼管的選中信號(見圖4)。從光電傳感器輸出的心率脈沖作為中斷信號直接接到單片機(jī)89C2051的9腳(即T1端)。由T0定時(shí)，T1計(jì)數(shù)。P1.7輸出心率的上、下限報(bào)警信號，經(jīng)二極管驅(qū)動(dòng)報(bào)警器報(bào)警。當(dāng)心率低于下限45次／min時(shí)報(bào)警發(fā)出長音報(bào)警。當(dāng)心率高于上限180次／min時(shí)報(bào)警器發(fā)出短音報(bào)警。

3 軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件流程圖如圖5所示。將要顯示心率數(shù)千位、百位、十位、個(gè)位數(shù)分別存放在89C2051單片機(jī)內(nèi)部的41H，42H，43H，44H單元內(nèi)。采用動(dòng)態(tài)掃描，每隔5 ms分別輪流顯示千位、百位、十位、個(gè)位。當(dāng)單片機(jī)的第9腳有一上升沿時(shí)，T1腳計(jì)數(shù)1次，T0定時(shí)50 ms，循環(huán)定時(shí)1 200次，T1計(jì)數(shù)即為心率次數(shù)。然后返回主程序繼續(xù)執(zhí)行顯示程序。

4 電路調(diào)試及噪聲分析
電路調(diào)試主要是對輸入的脈搏信號進(jìn)行濾波和放大，調(diào)試的效果直接關(guān)系到數(shù)據(jù)采集的精確度。通過測試可以得知，脈搏信號中存在嚴(yán)重的噪聲干擾，前置級放大電路的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。使用寧波中策電子有限公司的DFl405數(shù)字合成信號發(fā)生器來模擬脈搏信號，信號頻率較高，信號處理電路對于高頻信號(106 Hz左右)有很好的衰減作用，當(dāng)信號頻率適中的時(shí)候，信號可以按照設(shè)計(jì)的需要進(jìn)行放大。50 Hz陷波器對工頻干擾起到了很好的抑制作用。通過積分、比較電路對脈搏信號整形可以得到單片機(jī)需要的脈沖信號。通過整機(jī)調(diào)試，系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。
在測量過程中，傳感器采集到的脈搏信號十分微弱，容易受到外界環(huán)境干擾，因此需要對脈搏傳感器的干擾噪聲進(jìn)行分析。光電式脈搏傳感器的主要有測量環(huán)境光干擾、電磁干擾、測量過程運(yùn)動(dòng)噪聲干擾。為了減少環(huán)境光對脈搏信號測量的影響，同時(shí)考慮到傳感器使用的方便性，采用密封的指套式的包裝方式，整個(gè)外殼采用不透光的介質(zhì)和顏色，盡量減小外界環(huán)境光的影響。通過光電轉(zhuǎn)換得到的包含脈搏信息的電信號一般比較微弱，容易受到外界電磁信號的干擾，因此對硬件電路進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠帘翁幚?。脈搏信號變化緩慢，特別容易受到工頻信號的干擾，利用陷波器有效地解決了這一問題。在測量過程當(dāng)中，讓指套和手指更緊的接觸減少了他們之間的相對運(yùn)動(dòng)，降低了運(yùn)動(dòng)噪聲。

5 結(jié) 語
心率檢測中的關(guān)鍵技術(shù)在于傳感器的制作和微弱脈搏信號的放大問題。通過實(shí)際的設(shè)計(jì)制作，結(jié)果證實(shí)了該設(shè)計(jì)的合理性和可行性，說明用科學(xué)設(shè)計(jì)的透射式傳感器可實(shí)現(xiàn)手指脈搏的無損檢測。但是在小信號放大技術(shù)方面有待于進(jìn)一步研究。同其他心率檢測儀相比較，該裝置的體積小，重量輕，成本低，使用方便，測量準(zhǔn)確等，具有很好的應(yīng)用前景。