新興智能人體心率檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)方案

0 引 言

　　心率是人體中一個(gè)非常重要的生命信息，而傳統(tǒng)的脈診由于其定性化和主觀性影響了心率測(cè)試的精度，成為中醫(yī)脈診應(yīng)用、發(fā)展和交流中的制約因素。為了提高對(duì)此類生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的測(cè)試精度，必須結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。目前用于檢測(cè)心率的儀器很多，常見(jiàn)的有基于壓力傳感器、光電傳感器、電容傳感器和電聲傳感器等類型的測(cè)試裝置，但是對(duì)脈搏測(cè)試部位的選擇沒(méi)有太大區(qū)別，對(duì)于能在指端進(jìn)行脈搏精確測(cè)量的儀器還是比較少。這里介紹的智能人體心率檢測(cè)裝置可以實(shí)現(xiàn)人體指端的無(wú)創(chuàng)測(cè)量，測(cè)試過(guò)程簡(jiǎn)單，能精確測(cè)量出心跳次數(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示和上、下限報(bào)警功能。

1 裝置組成及工作原理

　　系統(tǒng)組成如圖1所示。此設(shè)計(jì)以單片機(jī)AT89C2051為核心，由光電傳感器采集脈搏信號(hào)，經(jīng)過(guò)前置放大電路、濾波電路、積分和比較電路后得到與脈搏相關(guān)的脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)作為中斷信號(hào)交由單片機(jī)進(jìn)行脈沖周期的計(jì)算。然后得出每分鐘的脈搏搏動(dòng)次數(shù)(即心率)，并在數(shù)碼管上顯示心率，同時(shí)利用軟件實(shí)現(xiàn)上下限報(bào)警功能，在測(cè)量數(shù)據(jù)超過(guò)正常范圍(如大于180次／min或小于45次／min)時(shí)進(jìn)行報(bào)警以提醒醫(yī)生注意。

圖1 智能人體心率檢測(cè)裝置原理框圖

2 裝置硬件電路設(shè)計(jì)

　　2．1 傳感器及信號(hào)處理電路

　　由于在人體指尖組織中的動(dòng)脈成分含量高，而且指尖厚度相對(duì)其他人體組織而言比較薄，透過(guò)手指后檢測(cè)到．的光強(qiáng)相對(duì)較大，因此光電式脈搏傳感器的測(cè)量部位在人體指尖。將一對(duì)紅外發(fā)射與接收探頭置于手指兩側(cè)，當(dāng)動(dòng)脈血管隨心臟周期性的收縮和舒張，動(dòng)脈血管的血液容積隨之發(fā)生變化時(shí)，紅外接收探頭便接收到隨心臟周期性地收縮和舒張的動(dòng)脈搏動(dòng)光脈沖信號(hào)，從而采集到心臟搏動(dòng)信號(hào)。

　　檢測(cè)心率的傳感器采用紅外對(duì)管HRl068C一05Y2和PT331C。由于從人體手指采集到的生理信號(hào)十分微弱，其幅度一般在微伏到毫伏的數(shù)量級(jí)范圍，而且在測(cè)試過(guò)程中由于肢體動(dòng)作以及較強(qiáng)的工頻干擾而產(chǎn)生大量的噪聲。同時(shí)要將采集到的脈搏信號(hào)經(jīng)過(guò)前置級(jí)放大電路進(jìn)行高倍放大，這就要求電路具有高增益和高共模抑制比，至少在80 dB以上，即集成運(yùn)放要有很高的共模抑制比和極低的零漂等，所選的電阻參數(shù)要盡量精確。放大電路由電阻網(wǎng)絡(luò)和OP07組成，傳感器及前置放大電路如圖2所示。

圖2 傳感器及前置放大電路