金晶 董小龍

福建省計量科學(xué)研究院 福建福州 350003

人體脈搏信號的速率、強(qiáng)度和形態(tài)反映了人體生理狀況，是中醫(yī)診療方法中的重要組成部分[1-3]。本文提出的基于SMT32脈搏測量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對脈搏信號的采集、放大濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換和顯示存儲等功能，通過軟硬件協(xié)同技術(shù)完成了對人體的脈搏信號的采集、分析和存儲，方便醫(yī)生對采集者的脈搏信息進(jìn)行觀察分析，了解患者病情[1]。

1 脈搏測量系統(tǒng)的整體設(shè)計

本系統(tǒng)是以STM32芯片作為控制器，利用模塊化的方式進(jìn)行設(shè)計。通過HK-200高靈敏度壓力傳感器來測試脈搏信號，并將采集的模擬脈搏信號進(jìn)行放大和濾波處理，之后利用A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成抗干擾能力強(qiáng)的數(shù)字信號，整個采集過程是通過SMT32控制器和其外圍電路來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。之后，將采集的信息進(jìn)行存儲和顯示，基于STM32的脈搏測量系統(tǒng)整體設(shè)計方案圖如圖1所示。

圖1 基于STM32的脈搏測量系統(tǒng)整體設(shè)計方案圖

2 脈搏測量系統(tǒng)的模塊化設(shè)計

2.1 脈搏信號采集電路模塊

人體脈搏信號是微弱的，容易受到采集外界環(huán)境的干擾，采集時要對原始脈搏傳感器產(chǎn)生的信號進(jìn)行濾波和放大調(diào)理，并轉(zhuǎn)換成抗干擾能力強(qiáng)的數(shù)字信號[2]。

由于不同人的身體狀況不同，脈搏的跳動次數(shù)每分鐘為60次-100次[6]，其最低頻率為0.5Hz，而干擾脈搏信號的噪聲主要來源于人體呼吸，其頻率小于0.5Hz，低于脈搏信號，所以本系統(tǒng)采用高通濾波器來去除低于0.5Hz的噪聲信號。另外，采集的脈搏信號電壓輸出范圍為-0.1-0.6V，為符合A/D轉(zhuǎn)換電路的0-5V電壓范圍，要對HK-200傳感器的基準(zhǔn)信號進(jìn)行校準(zhǔn)調(diào)理，之后再對信號進(jìn)行放大處理。本系統(tǒng)將高通濾波電路和放大電路進(jìn)行綜合。本系統(tǒng)采用的是12位低功耗、高帶寬的AD7934模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號進(jìn)行數(shù)字化處理。AD7934芯片在進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時，要使CONVST端進(jìn)行低電平處理，實(shí)現(xiàn)初始化設(shè)置，當(dāng)?shù)?4個CLK下降沿的到來，CONVST變成高電平，同時控制端CS和RD端變低，數(shù)據(jù)讀出。

2.2 STM32外圍電路模塊

為保障STM32的脈搏測量系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，需要為其提供安全可靠的工作電源。在系統(tǒng)中，SMT32的運(yùn)行需要3.3V電壓，而采集電路中需要的供電電源是5V，因此，在脈搏測量系統(tǒng)中需要通過電源轉(zhuǎn)換模塊來實(shí)現(xiàn)不同電壓的轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)的電源轉(zhuǎn)換模塊是通過TPS70358穩(wěn)壓器來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，能夠?qū)?V的輸入電壓轉(zhuǎn)換成3.3V的輸出電源。整個系統(tǒng)的時鐘信號是通過12MHz、封裝為49SMD的外部晶振來提供的，它具有體積小、穩(wěn)定性好和耐沖擊性等優(yōu)點(diǎn)，利用兩個33PF的負(fù)載電容與地端相連[3]。

2.3 脈搏信號輸出、存儲和顯示模塊

將轉(zhuǎn)化后的數(shù)字化脈搏信號進(jìn)行輸出、存儲并顯示[4]。通過STM32控制TFT液晶屏實(shí)現(xiàn)顯示功能，主要包含發(fā)送、監(jiān)測和存儲功能等。其中，發(fā)送功能是將脈沖信號通過串口發(fā)送到上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)人體脈沖波形的顯示，方便觀測和判斷采集者的脈象狀態(tài)；監(jiān)測功能是實(shí)時判斷脈沖測量系統(tǒng)正常運(yùn)行的手段之一，當(dāng)采集到脈沖波形時，會進(jìn)行計數(shù)累加；存儲功能是將采集的脈搏信號數(shù)據(jù)存儲到外部硬件設(shè)備上，為后期統(tǒng)計分析處理做準(zhǔn)備。

3 結(jié)語

本文提出的基于STM32的脈搏測量系統(tǒng)通過模塊化設(shè)計思想進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)崟r、穩(wěn)定的采集人體脈搏信號，并將人體脈搏信號通過數(shù)字化的方式進(jìn)行顯示輸出，便于后期對脈搏信號的分析和處理。在接下來的工作中，會在原有功能基礎(chǔ)上進(jìn)行智能化拓展，提升采集者脈搏信息數(shù)據(jù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性[5-6]。