数字人体心率检测仪的设计

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
0 引言 目前检测心率的仪器虽然很多,但是能实现精确测量、数据上传PC机并且具有声光报警等多种功能的便携式全数字心率测量装置很少。本文介绍的数字人体心率检测仪可以在人体的手、腕、臂等部位均能准确测量出心跳次数,同时还具有掉电存储、测量数据上传PC机及声光报警等多项功能。 1 系统组成及工作原理 系统组成如图1所示,本设计以单片机为主控信号,外辅少量硬件电路,完成数据处理、记忆、显示、通信等功能。 首先,在系统开机时通过键盘设定系统的工作方式,然后,将压电陶瓷片检测到人体心跳信号经过放大、滤波及整形处理后输入给单片机,单片机对测量的数据进行处理,送显示电路显示,同时通过通信电路将测量数据上传PC机,记忆电路主要用来存储测量数据,实现掉电存储功能,声光报警电路在测量数据超过正常范围(如大于180次/min或小于45次/min)时进行报警以提醒医生注意。 2 系统硬件电路设计 2.1 传感器及信号处理电路 传感器及信号处理电路如图2所示。 检测心率脉冲信号的传感器采用压电陶瓷(在压电陶瓷片上安装一海面垫以传递脉冲信号);将采集到的心率信号经过由CD4069的3个非门组成3级放大电路进行放大,然后通过由R4、R5、C5及R7、R8、C6构成的2级梯形滤波电路进行滤波处理,即可获得人体心率范围的信号(约在0.66Hz- 3.33Hz之间);再通过由二极管D1、D2和R6构成的检测电路以及由U1F、U1D、U1E这3个非门构成的整形电路处理后,就可得到单片机所需要的标准的0-5V脉冲信号。 2.2 键盘电路 键盘电路如图3所示。 因为I/O够用,所以4个按键分别接到单片机的P1.2、P1.3、P1.4、P1.5上,采用查询方式进行工作,K1、K2、K3及K4依次分别完成开始测量、查询、存测量结构及清除记忆数据等操作。 2.3 显示电路 显示电路如图4所示,采用动态显示方式,图中2片74LS373的数据输入端均接在89C51单片机的P0口上,单片机通过P1.0和P1.3给2 片74LS373提供片选信号,从而实现分时选择2片74LS373工作,分别传送段码和位码。图中6个数码管,前3个用来显示被测人的序号,后3个用来显示每分钟心跳次数;ULN2803是8反相驱动器,作为位增强驱动器。 2.4 记忆存储电路 记忆存储电路见图5。存储芯片采用AT24C02。SDA为串行数据输入/输出引脚,SCL为串行同步时钟输入端;A0、A1及A2是片选信号输入端,TEST引脚是写保护,接地时表示不保护,测量完心率数据后想要保存时就按一下存储按键K3,单片机就通过P2.1给AT24C02提供合适的时钟,然后将数据存入指定地址。当然,控制字、地址和数据是分3次输入的,并且在每段之间要求AT24C02提供给单片机一个应答信号,此外,在读写数据前后要加开始和停止位。 2.5 通信电路 通信电路的功能是将单片机测量的心率数据上传PC机。本电路采用一片MAX232芯片将TTL电平转换成PC机所能识别的电平,再通过一个标准的9针接口与PC机连接,外围电路丰富简单,只需要5个0.1μF的电容器,具体电路如图6所示。 2.6 声光报警电路 声光报警电路见图7。由与非门74F00构成2级门控振荡器。其中,U6A和U6B组成低频振荡器,振荡频率约1Hz,R5为下拉电阻,常态下使 Uc=0V。仅当测量数据在报警范围内时由单片机的P1.6提供一个高电平电路才起振,B0端交替输出的高、低电平经Q1,使发光二极管闪烁发光,U6C 和U6D组成音频振荡器,振荡频率约1KHz,仅当B0=1时第2级振荡器才起振,通过达林顿管Q2、输出变压器T驱动扬声器BL发出断续的"嘀、嘀…… "报警声。 3 软件的设计 系统主程序流程图如图8所示。 主要有显示驱动程序、按键处理程序、INT0中断服务程序、AT24C02驱动存储程序、串口通信程序等。 4 结束语 通过实际设计制作,并与市场现有心率检测仪相对比,结果表明本设计具有体积小、重量轻、成本低、使用方便、测量准确等优点,有较好的应用前景。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/measure/200703/8984.html
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