摘 要：脈搏波可以反應(yīng)出人體心血管系統(tǒng)的血流在許多生理疾病上的特征，因此本文設(shè)計了一種脈搏波動頻率測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過脈搏傳感器獲取脈搏信息輸出電壓信號，并通過信號放大濾波電路對其進(jìn)行放大濾波，經(jīng)AT89C51對該脈沖信號進(jìn)行處理，實現(xiàn)對脈搏的累加計數(shù)，并在LED中直觀地顯示。

關(guān)鍵詞：脈搏傳感器；單片機(jī)AT89C51；脈搏計數(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.159

1 引言

人體血液在心臟舒張和收縮的一個周期內(nèi)，會產(chǎn)生沿動脈血管壁正向傳播的脈搏波[1]，脈搏中包含著豐富的生理信息，如心臟機(jī)能、呼吸機(jī)能以及血管硬化程度等[2]。因此，完成對脈搏波信號的采樣、分析以及準(zhǔn)確、直觀的波形顯示是一項具有實際意義的工作。

2 脈搏測試系統(tǒng)總體方案設(shè)計

系統(tǒng)方案其框圖如下圖1所示。通過脈搏傳感器獲取脈搏信息輸出電壓信號，經(jīng)信號放大電路對其進(jìn)行放大，將放大后的脈搏信號通過低通濾波器濾掉干擾信號，再通過整形電路模塊把不規(guī)則的脈沖信號整形為單片機(jī)易于處理的脈沖信號，通過對單片機(jī)進(jìn)行編程來實現(xiàn)對脈搏波動頻率的測量和計算，最終在LCD中顯示出來。

3 脈搏傳感器的選擇

傳感器常采用壓電式傳感器，當(dāng)手指前端收到輕微的壓力時，可以感覺到手指前端在血壓的作用下有一張一弛的感覺，將這個信號用傳感器提取出來，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，壓電式脈搏傳感器輸出電壓大約為20mv左右，針對脈搏傳感器阻抗高的特點，本次設(shè)計中選用的是傳統(tǒng)的同相放大電路。選用集成運算放大器LM324。取C4=10uF，R3=R4=1K，R5=100K，則該同相放大電路的放大倍數(shù)為A1=1+R5/R4=1+100K/1K=101，則輸出的電壓為U1=（1+R5/R4）U0。脈搏傳感器輸出經(jīng)放大電路放大101倍，此時脈搏信號的幅值大約為U1=2V。

由于脈搏信號的頻率在1.33Hz左右，正常情況下不會出現(xiàn)高于2Hz的信號，因此還需設(shè)計一個低通濾波器濾除高頻信號。采用二階有源濾波器，為了使脈搏信號放大到整形電路所需的電壓值，通常電壓放大倍數(shù)選用2倍左右。集成運算放大器選用LM324。取R6=R7=2K， C5=C6=20uF， R8=R9=10K，得到f0=3.98Hz。該低通濾波器的放大增益A2=1+R8/R9=1+10K/10K=2。因此，脈搏信號經(jīng)過放大濾波之后的電壓約為4V。仿真電路如圖1所示。

4 脈搏測試系統(tǒng)軟件設(shè)計

本設(shè)計所用的單片機(jī)是AT89C51，單片機(jī)內(nèi)的一個定時/計數(shù)器，以單片機(jī)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器周期作為標(biāo)準(zhǔn)時基信號Ts。被測信號的周期作為信號閘門，由程序控制開關(guān)對時基進(jìn)行計數(shù)得nx，因此被測信號周期為，每分鐘脈搏跳動次數(shù)為。

脈搏脈沖信號從P3.4口即T0口進(jìn)入單片機(jī)，當(dāng)按下啟動+復(fù)位鍵時，定時器0開始計數(shù)，定時時間為60S，然后測得60S的脈搏數(shù)，并通過LED數(shù)碼管顯示出來。再按下啟動+復(fù)位鍵時，給定時器0清零，定時器0重新開始計數(shù)，同樣是定時60S，然后通過LED顯示出這次脈搏跳動的次數(shù)。，即LED顯示屏可以同時顯示上一次和此次的脈搏次數(shù)。同時將輸入單片機(jī)的脈沖信號信息經(jīng)單片機(jī)處理后通過串口電路傳遞給上位機(jī)。部分程序如下：

void main（）{ Initial（）；

while（1） { while（TF0==0） {

if（pulse==0）P1=TL0；} TF0=0； } }

void Time1Int（）interrupt 3using 2{

if（flag） { count++； LedScan（1）；

if（count==20） { sec++；

if（sec==time）{ Freq（）；

flag=0；led_r=0； TR0=0； }count=0；}}

elseLedScan（1）； }

5 結(jié)論

本文設(shè)計的脈搏測試系統(tǒng)，主要用于顯示脈搏波的脈搏波動頻率信息。經(jīng)過調(diào)試表明本設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)對脈搏波動頻率的測量與顯示。

參考文獻(xiàn)：

[1]乜國荃，孫惠章.基于LabVIEW的脈搏測試儀的設(shè)計[J].生物醫(yī)學(xué)工程與臨床，2008，12（04）：330-333.

[2]胡海燕，于淑萍，汪維東.基于LabVIEW脈搏波信號分析系統(tǒng)設(shè)計[J].工業(yè)控制計算機(jī)，2010，23（11）：67-68.

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