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        基于單片機(jī)的人體脈搏測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

        2018-06-04 03:42:04高磊張可菊沈陽(yáng)工學(xué)院信息與控制學(xué)院
        數(shù)碼世界 2018年5期
        關(guān)鍵詞:單片機(jī)測(cè)量信號(hào)

        高磊 張可菊* 沈陽(yáng)工學(xué)院信息與控制學(xué)院

        1 引言

        人體脈搏測(cè)試是用來(lái)測(cè)量一個(gè)人心臟跳動(dòng)次數(shù)的電子儀器,也是心電圖的主要組成部分,用來(lái)測(cè)量頻率較低的小信號(hào)。本設(shè)計(jì)使用AT89C51作為主控芯片,利用人體紅外脈搏傳感器對(duì)人體脈搏信號(hào)進(jìn)行檢測(cè),使用LED數(shù)碼管進(jìn)行脈搏個(gè)數(shù)的顯示,可以通過(guò)按鍵來(lái)進(jìn)行脈搏頻率值的設(shè)定。系統(tǒng)通過(guò)脈搏傳感器采集脈搏信息輸出電壓信號(hào),經(jīng)信號(hào)放大電路對(duì)其進(jìn)行放大,然后將放大后的脈搏信號(hào)通過(guò)電壓基準(zhǔn)變化電路和過(guò)零比較器轉(zhuǎn)換為單片機(jī)易于處理的脈沖信號(hào)。通過(guò)單片機(jī)編程對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)對(duì)脈搏波動(dòng)頻率的測(cè)量和計(jì)數(shù)直觀地顯示出來(lái),并且具有超限報(bào)警的功能。

        2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

        脈搏波動(dòng)頻率測(cè)量的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)脈搏傳感器采集脈搏信息輸出電壓信號(hào),經(jīng)信號(hào)放大電路對(duì)其進(jìn)行放大。然后將放大后的脈搏信號(hào)通過(guò)電壓基準(zhǔn)變化電路和過(guò)零比較器轉(zhuǎn)換為單片機(jī)易于處理的脈沖信號(hào)。通過(guò)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)脈搏波動(dòng)頻率的測(cè)量和計(jì)算,最終在顯示電路中直觀的顯示出來(lái)。硬件原理框圖如圖1所示。

        圖1 脈搏測(cè)量系統(tǒng)硬件原理框圖

        3 硬件電路概述

        為達(dá)到電路低成本、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用的設(shè)計(jì)目的,從設(shè)計(jì)要求出發(fā),設(shè)計(jì)了信號(hào)放大電路、電壓基準(zhǔn)變化電路、過(guò)零比較器,單片機(jī)處理電路及LED顯示電路等。電路由傳感器電路、信號(hào)放大和整形電路、單片機(jī)電路、數(shù)碼顯示電路等部分組成。電路的原理圖如圖2所示。

        圖2 電路的原理圖

        本設(shè)計(jì)用的傳感器主要由紅外線發(fā)射二極管和接收二極管組成,測(cè)量的原理如下:將手指放在紅外線發(fā)射二極管和接收二極管中間,隨著心臟的跳動(dòng),血管中血液的流量將發(fā)生變化。由于手指放在光的傳遞路徑中,血管中血液飽和程度的變化將引起光的強(qiáng)度發(fā)生變化,因此和心跳的節(jié)拍相對(duì)應(yīng),紅外接收二極管的電流也跟著改變,這就導(dǎo)致紅外接收二極管輸出脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)由F1~F3、R3~R5、C1、C2等組成的低通放大器進(jìn)行放大,再經(jīng)由F4、R6、R7、C3組成的放大器進(jìn)一步放大,其輸出信號(hào)送給由F5、F6、RP1、R8等組成的施密特觸發(fā)器進(jìn)行整形后輸出,輸出的脈沖信號(hào)作為單片機(jī)的外部中斷信號(hào)??勺冸娮鑂P1用來(lái)調(diào)整施密特觸發(fā)器的閥值電壓,從而調(diào)整電路的靈敏度。

        本系統(tǒng)通過(guò)脈搏傳感器采集脈搏信息輸出電壓信號(hào),經(jīng)信號(hào)放大電路對(duì)其進(jìn)行放大。然后,將放大后的脈搏信號(hào)通過(guò)電壓基準(zhǔn)變化電路和過(guò)零比較器轉(zhuǎn)換為單片機(jī)易于處理的脈沖信號(hào)。通過(guò)單片機(jī)編程對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)對(duì)脈搏波動(dòng)頻率的測(cè)量和計(jì)數(shù)直觀地顯示出來(lái)。本設(shè)計(jì)使用AT89C51作為主控芯片,利用人體紅外脈搏傳感器作為對(duì)人體脈搏檢測(cè)的傳感器,使用LED數(shù)碼管進(jìn)行脈搏個(gè)數(shù)的顯示,使用按鍵作為輸入部分使用,可以通過(guò)按鍵來(lái)進(jìn)行脈搏頻率值的設(shè)定,并具有超限報(bào)警的功能。模擬電路簡(jiǎn)單,由ADC841芯片實(shí)現(xiàn)脈搏信號(hào)采集,信號(hào)處理和脈搏次數(shù)的計(jì)算等功能,因此體積小,功耗低,系統(tǒng)穩(wěn)定性高。本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)脈搏波的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)并可實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)(PC 機(jī))的實(shí)時(shí)通訊,因此可作為多參數(shù)病人中心監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的一個(gè)模塊完成心率檢測(cè)和脈搏波形顯示。

        [1]基于BL-410 的指端脈搏波采集系統(tǒng)應(yīng)用研究.歐陽(yáng)俊.2004.第1卷第2期

        [2]光電式脈搏波監(jiān)測(cè)系統(tǒng).韓文波.長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械學(xué)院學(xué)報(bào).1999.第22卷第4期

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