一種便攜式單片機(jī)控制液晶顯示型心率計(jì)設(shè)計(jì)

　　經(jīng)前面處理得到的信號(hào)為疊加有噪聲的脈沖正弦波，接下來(lái)必須對(duì)這個(gè)信號(hào)經(jīng)過整形。先是通過比較器IC1b將正弦波轉(zhuǎn)換成方波。利用R8可以實(shí)現(xiàn)將比較器的閾值調(diào)定在正弦波的幅值范圍之內(nèi)的目的。接下來(lái)，從IC1b的7引腳輸出的方波信號(hào)經(jīng)C5、R10構(gòu)成的微分電路，進(jìn)行微分處理后將成為正負(fù)相間的尖脈沖。為了穩(wěn)定脈沖的輸出，電路設(shè)計(jì)時(shí)是將此脈沖輸入到單穩(wěn)多諧振蕩器IC1c的反相輸入端，并利用IC1c的輸出來(lái)作為后極工作的實(shí)際使用脈沖。

　　IC1c在工作時(shí)，凡有輸入信號(hào)時(shí)，它會(huì)在輸入信號(hào)后沿到來(lái)時(shí)輸出高電平，從而使C6通過R11充電。大約持續(xù)20ms之后，IC1c同相輸入端的電位會(huì)因C3充電電流減小而降低，當(dāng)此電位低于反相輸入端的電位時(shí)(尖脈沖已過去很久)， IC1c就將改變狀態(tài)并再次輸出低電平。這20ms的脈沖時(shí)間是與脈搏同步的，這種脈沖在電路工作時(shí)是與紅色發(fā)光二極管D3的閃爍情況相對(duì)應(yīng)的。

　　經(jīng)過IC1c之后的脈沖就是后面單片機(jī)控制電路所需的實(shí)際脈沖，通過R12送到單片機(jī)P3.3引腳后，就可實(shí)現(xiàn)后面的計(jì)數(shù)和顯示了。

　　IC1a、IC1b、IC1c工作所需的4.5V電源電壓，在電路中是通過R14、R15對(duì)9V分壓并經(jīng)IC1d緩沖而得到的。這樣的設(shè)置，就使得即使電池電壓降低到6V，本電路也能實(shí)現(xiàn)正常工作。

　　單片機(jī)控制電路

　　單片機(jī)控制電路如圖3所示。本部分電路主要由AT89C2051單片機(jī)、SMC1602A液晶顯示芯片、12MHz的晶振電路以及復(fù)位電路等幾個(gè)部分組成。電路主要完成對(duì)于前面采集處理得到的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)和顯示的任務(wù)。

　　圖3

　　經(jīng)采集處理后得到的脈沖信號(hào)，通過P3.3引腳被輸入到單片機(jī)中。單片機(jī)被設(shè)為負(fù)跳變中斷觸發(fā)模式。因此，每次脈沖下降沿到達(dá)時(shí)，單片機(jī)就將被觸發(fā)并產(chǎn)生中斷進(jìn)行計(jì)時(shí);而當(dāng)下一次脈沖的下降沿到達(dá)時(shí)，單片機(jī)就對(duì)兩次脈沖間的時(shí)間間隔進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果就是心率。這個(gè)結(jié)果值，將通過P1口送至SMC1602A液晶顯示芯片的數(shù)據(jù)端口，從而被顯示出來(lái)。

　　在顯示心率值之后，單片機(jī)將對(duì)此心率值與80~120的人體正常脈搏范圍進(jìn)行比較。若此值X為80≤X≤120，液晶顯示芯片中會(huì)顯示“Very Good!”，以表示被測(cè)者心率正常;若此值不在80~120范圍之內(nèi)，即X<80或者X>120，那么，液晶顯示芯片中會(huì)顯示“A Little Bad!”，以便表示被測(cè)者心率出現(xiàn)不正常。

　　另外，為了提示用戶及時(shí)觀察心率值的顯示，電路中還設(shè)置了一個(gè)提示音的裝置。即每次脈沖到來(lái)時(shí)，單片機(jī)P3.7引腳所連接的蜂鳴器SP均會(huì)發(fā)出提示音，這樣，當(dāng)用戶第二次聽到這個(gè)提示音時(shí)，就表明1分鐘的脈搏計(jì)數(shù)顯示已經(jīng)完成。如此一來(lái)，結(jié)合前面心率采集處理電路中對(duì)于每次脈搏給予的點(diǎn)亮閃爍裝置，本心率計(jì)在使用時(shí)就可以通過聲光相結(jié)合的形式形象地把脈搏的快慢顯示出來(lái)。

　　此外，本心率計(jì)設(shè)計(jì)的有效測(cè)量顯示范圍為50次/分~199次/分。為避免可能出現(xiàn)的干擾的影響，單片機(jī)對(duì)兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間間距進(jìn)行檢測(cè)，若發(fā)現(xiàn)有干擾，即次數(shù)值不在設(shè)置的有效測(cè)量顯示范圍之內(nèi)時(shí)，則忽略該干擾而不顯示。這樣就更加降低了心率計(jì)在實(shí)際使用時(shí)出現(xiàn)誤差的可能性。

　　元器件選取

　　電路中單片機(jī)選用AT89C2051單片機(jī)。液晶顯示器芯片則選用SMC1602A，電路中用到的運(yùn)算放大器IC1為常用的四運(yùn)放LM324，它的四路分別分配給了IC1a、IC1b、IC1c和IC1d。本心率計(jì)的電源為7~9V直流電源，可以通過電池供電，也可通過交直流轉(zhuǎn)換后來(lái)獲取，正常工作時(shí)的工作電流為100mA。設(shè)計(jì)中使用的提示音裝置為普通蜂鳴器，也可用8Ω微型喇叭來(lái)代替。另外，單片機(jī)采用的是12MHz的晶振，若用其它頻率晶振，在軟件設(shè)計(jì)中就需進(jìn)行相應(yīng)修改。