【摘 要】本文介紹了一種便攜式脈搏測量裝置。該裝置采用低功耗單片機(jī)MSP430F149作為主控芯片，通過采用紅光發(fā)射接收技術(shù)，從人體手指或耳垂處采樣獲取脈搏信息，通過處理接受的信號(hào)，實(shí)時(shí)顯示被測者每分鐘的脈搏數(shù)，并同時(shí)顯示脈博曲線及人體健康狀況實(shí)等。

【關(guān)鍵詞】脈搏 低功耗 單片機(jī)

一、引言

脈搏測試儀是用來測量一個(gè)人脈搏跳動(dòng)次數(shù)的電子儀器，也是心電圖的主要組成部分，因此在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)上具有重要的作用。目前檢測脈搏的儀器雖然很多，但是能實(shí)現(xiàn)低功耗、精確顯示且計(jì)時(shí)功能準(zhǔn)確等多功能的便攜式全數(shù)字脈搏測量裝置很少。

利用波長600-1000nm的紅光二極管產(chǎn)生的光線照射到手指尖，用裝在該部位另一側(cè)的光電接收管來檢測機(jī)體組織的透明程度，即可將搏動(dòng)信息轉(zhuǎn)換成可測量的電信號(hào)[2]。通過對(duì)光電接收管接受信號(hào)的處理，來獲得脈搏信息，并能實(shí)時(shí)顯示被測者每分鐘的脈搏數(shù)及光電脈搏信號(hào)波形動(dòng)態(tài)顯示[3]。

二、系統(tǒng)方案論證及方案選擇

（一）總體設(shè)計(jì)方案

本的設(shè)計(jì)采用MSP430F149單片機(jī)，其特點(diǎn)是，處理能力強(qiáng)，運(yùn)算速度快（在25MHZ的晶體驅(qū)動(dòng)下，可實(shí)現(xiàn)4ns的指令周期），超低的功耗。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的低功耗狀態(tài)時(shí)，中斷喚醒只需5μs，且滿足3.6V電源供電要求[1]。

系統(tǒng)主要由MSP430單片機(jī)、ADS1115IDGSR、光電探頭、放大濾波、信號(hào)調(diào)理組成。由光電探頭進(jìn)行光—電的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果通過運(yùn)算放大器OPA2227PA處理后送入單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，最后將轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)在LCD12864上顯示，當(dāng)測量出每分鐘脈搏次數(shù)后，會(huì)進(jìn)行聲光提示，或者實(shí)時(shí)顯示每分鐘脈搏次數(shù)。電路上電后，將手指放入脈搏測試儀的傳感器中，傳感器會(huì)自動(dòng)檢測脈搏跳躍，經(jīng)過放大、濾波放大及電壓比較再傳給主控板。然后通過MSP430單片機(jī)的識(shí)別，并顯示出每分鐘的脈搏數(shù)。整體系統(tǒng)框圖如圖1所示。

脈搏檢測電圖如圖2所示。使用光電二極管信號(hào)接收檢測人的脈搏跳動(dòng)，通過兩個(gè)OPA2227PA，做出信號(hào)的主要放大與濾波放大。再經(jīng)過下一級(jí)的LM393做出的電壓比較電路，轉(zhuǎn)換為幅值為3.6V的方波，供后一級(jí)MSP430單片機(jī)識(shí)別。

（二）MSP430單片機(jī)電路

MSP430單片機(jī)電路如圖3所示。使用 MSP430F149 接收 LM393 電路中輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理并驅(qū)動(dòng)LCD液晶顯示。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

測試儀在測量狀態(tài)時(shí)，當(dāng)手指插入光電探頭時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)測量，并同步顯示脈博個(gè)數(shù)。1分鐘完成測量后自動(dòng)待機(jī)，同時(shí)關(guān)閉顯示器。直至撤離探頭并再次達(dá)到測試部位時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)下一次測量。

可通過按鍵預(yù)置脈搏次數(shù)上下警告門限，默認(rèn)為60至120為正常。當(dāng)脈搏次數(shù)測量值超出警告限時(shí)，測試儀示警。

測試儀可設(shè)置為回放狀態(tài)或監(jiān)護(hù)狀態(tài)。在回放狀態(tài)，回放之前測量保存的數(shù)據(jù)及記錄數(shù)據(jù)時(shí)的測量時(shí)間；在監(jiān)護(hù)狀態(tài)，測試儀進(jìn)行定時(shí)、連續(xù)長時(shí)間測量并保存測量數(shù)據(jù)。連續(xù)時(shí)間可通過按鍵自行設(shè)置，默認(rèn)為20分鐘。

四、測試結(jié)果與總結(jié)

脈搏信號(hào)經(jīng)放大與濾波處理后如圖5所示。此信號(hào)為有規(guī)律的脈動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過電壓比較電路后，形成了可由單片機(jī)檢測的方波信號(hào)，如圖6所示。

系統(tǒng)上電后，如沒有檢測目標(biāo)設(shè)備會(huì)處于待機(jī)狀態(tài)，此時(shí)耗電量很小，控制芯片為幾個(gè)微安的電流。手指放入檢測口時(shí)，喚醒MSP430單片機(jī)開始測試。達(dá)到了低功耗的目的。

在快測模式下，即只測一個(gè)周期進(jìn)行推測每分鐘的次數(shù)，此時(shí)由于人體的脈博并不是嚴(yán)格意義上的周期恒定，誤差較大為1至10次不等。在穩(wěn)定測量模式下，即計(jì)數(shù)每分鐘的脈沖，此時(shí)比較精準(zhǔn)，誤差在2個(gè)之內(nèi)。并且整個(gè)系統(tǒng)供電為3.6V的鋰電池，與手機(jī)電池通用，所以達(dá)到了便攜式的效果，能滿足了人們?nèi)粘５募彝?、出行隨身攜帶，隨時(shí)測試的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈建華，楊艷琴，瞿曉曙，MSP430系列16位超低功耗單片機(jī)原理與應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[2]程詠梅，夏雅琴，尚嵐.人體脈搏波信號(hào)檢測系統(tǒng)[J].北京生物醫(yī)學(xué)工程，2006，第25卷第5期，1—3.

[3]程光，趙崇侃.指動(dòng)脈搏波光電傳感器的研制[J].南京醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，1991年第11卷第4期，329—330