|
目前檢測心率的儀器雖然很多，但是能實(shí)現精確測量、數據上傳PC機并且具有聲光報警等多種功能的便攜式全數字心率測量裝置很少。本文介紹的數字人體心率檢測儀可以在人體的手、腕、臂等部位均能準確測量出心跳次數，同時(shí)還具有掉電存儲、測量數據上傳PC機及聲光報警等多項功能。 1 系統組成及工作原理 系統組成如圖1所示，本設計以單片機為主控信號，外輔少量硬件電路，完成數據處理、記憶、顯示、通信等功能。 首先，在系統開(kāi)機時(shí)通過(guò)鍵盤(pán)設定系統的工作方式，然后，將壓電陶瓷片檢測到人體心跳信號經(jīng)過(guò)放大、濾波及整形處理后輸入給單片機，單片機對測量的數據進(jìn)行處理，送顯示電路顯示，同時(shí)通過(guò)通信電路將測量數據上傳PC機，記憶電路主要用來(lái)存儲測量數據，實(shí)現掉電存儲功能，聲光報警電路在測量數據超過(guò)正常范圍（如大于180次/min或小于45次/min）時(shí)進(jìn)行報警以提醒醫生注意。 2 系統硬件電路設計 2.1 傳感器及信號處理電路 傳感器及信號處理電路如圖2所示。 檢測心率脈沖信號的傳感器采用壓電陶瓷（在壓電陶瓷片上安裝一海面墊以傳遞脈沖信號）；將采集到的心率信號經(jīng)過(guò)由CD4069的3個(gè)非門(mén)組成3級放大電路進(jìn)行放大，然后通過(guò)由R4、R5、C5及R7、R8、C6構成的2級梯形濾波電路進(jìn)行濾波處理，即可獲得人體心率范圍的信號（約在0.66Hz-3.33Hz之間）；再通過(guò)由二極管D1、D2和R6構成的檢測電路以及由U1F、U1D、U1E這3個(gè)非門(mén)構成的整形電路處理后，就可得到單片機所需要的標準的0-5V脈沖信號。 2.2 鍵盤(pán)電路 鍵盤(pán)電路如圖3所示。 因為I/O夠用，所以4個(gè)按鍵分別接到單片機的P1.2、P1.3、P1.4、P1.5上，采用查詢(xún)方式進(jìn)行工作，K1、K2、K3及K4依次分別完成開(kāi)始測量、查詢(xún)、存測量結構及清除記憶數據等操作。 2.3 顯示電路 顯示電路如圖4所示，采用動(dòng)態(tài)顯示方式，圖中2片74LS373的數據輸入端均接在89C51單片機的P0口上，單片機通過(guò)P1.0和P1.3給2片74LS373提供片選信號，從而實(shí)現分時(shí)選擇2片74LS373工作，分別傳送段碼和位碼。圖中6個(gè)數碼管，前3個(gè)用來(lái)顯示被測人的序號，后3個(gè)用來(lái)顯示每分鐘心跳次數；ULN2803是8反相驅動(dòng)器，作為位增強驅動(dòng)器。 2.4 記憶存儲電路 記憶存儲電路見(jiàn)圖5。存儲芯片采用AT24C02。SDA為串行數據輸入/輸出引腳，SCL為串行同步時(shí)鐘輸入端；A0、A1及A2是片選信號輸入端，TEST引腳是寫(xiě)保護，接地時(shí)表示不保護，測量完心率數據后想要保存時(shí)就按一下存儲按鍵K3，單片機就通過(guò)P2.1給AT24C02提供合適的時(shí)鐘，然后將數據存入指定地址。當然，控制字、地址和數據是分3次輸入的，并且在每段之間要求AT24C02提供給單片機一個(gè)應答信號，此外，在讀寫(xiě)數據前后要加開(kāi)始和停止位。 2.5 通信電路 通信電路的功能是將單片機測量的心率數據上傳PC機。本電路采用一片MAX232芯片將TTL電平轉換成PC機所能識別的電平，再通過(guò)一個(gè)標準的9針接口與PC機連接，外圍電路豐富簡(jiǎn)單，只需要5個(gè)0.1μF的電容器，具體電路如圖6所示。 2.6 聲光報警電路 聲光報警電路見(jiàn)圖7。由與非門(mén)74F00構成2級門(mén)控振蕩器。其中，U6A和U6B組成低頻振蕩器，振蕩頻率約1Hz，R5為下拉電阻，常態(tài)下使Uc=0V。僅當測量數據在報警范圍內時(shí)由單片機的P1.6提供一個(gè)高電平電路才起振，B0端交替輸出的高、低電平經(jīng)Q1，使發(fā)光二極管閃爍發(fā)光，U6C和U6D組成音頻振蕩器，振蕩頻率約1KHz，僅當B0=1時(shí)第2級振蕩器才起振，通過(guò)達林頓管Q2、輸出變壓器T驅動(dòng)揚聲器BL發(fā)出斷續的"嘀、嘀……"報警聲。 3 軟件的設計 系統主程序流程圖如圖8所示。 主要有顯示驅動(dòng)程序、按鍵處理程序、INT0中斷服務(wù)程序、AT24C02驅動(dòng)存儲程序、串口通信程序等。 4 結束語(yǔ) 通過(guò)實(shí)際設計制作，并與市場(chǎng)現有心率檢測儀相對比，結果表明本設計具有體積小、重量輕、成本低、使用方便、測量準確等優(yōu)點(diǎn)，有較好的應用前景。 |
