數(shù)字人體心率檢測儀的設計
0 引言
目前檢測心率的儀器雖然很多,但是能實現(xiàn)精確測量、數(shù)據(jù)上傳PC機并且具有聲光報警等多種功能的便攜式全數(shù)字心率測量裝置很少。本文介紹的數(shù)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(shù),同時還具有掉電存儲、測量數(shù)據(jù)上傳PC機及聲光報警等多項功能。
1 系統(tǒng)組成及工作原理
系統(tǒng)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(shù)據(jù)處理、記憶、顯示、通信等功能。
首先,在系統(tǒng)開機時通過鍵盤設定系統(tǒng)的工作方式,然后,將壓電陶瓷片檢測到人體心跳信號經(jīng)過放大、濾波及整形處理后輸入給單片機,單片機對測量的數(shù)據(jù)進行處理,送顯示電路顯示,同時通過通信電路將測量數(shù)據(jù)上傳PC機,記憶電路主要用來存儲測量數(shù)據(jù),實現(xiàn)掉電存儲功能,聲光報警電路在測量數(shù)據(jù)超過正常范圍(如大于180次/min或小于45次/min)時進行報警以提醒醫(yī)生注意。
2 系統(tǒng)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)過由CD4069的3個非門組成3級放大電路進行放大,然后通過由R4、R5、C5及R7、R8、C6構成的2級梯形濾波電路進行濾波處理,即可獲得人體心率范圍的信號(約在0.66Hz- 3.33Hz之間);再通過由二極管D1、D2和R6構成的檢測電路以及由U1F、U1D、U1E這3個非門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 鍵盤電路
鍵盤電路如圖3所示。
因為I/O夠用,所以4個按鍵分別接到單片機的P1.2、P1.3、P1.4、P1.5上,采用查詢方式進行工作,K1、K2、K3及K4依次分別完成開始測量、查詢、存測量結構及清除記憶數(shù)據(jù)等操作。
2.3 顯示電路
顯示電路如圖4所示,采用動態(tài)顯示方式,圖中2片74LS373的數(shù)據(jù)輸入端均接在89C51單片機的P0口上,單片機通過P1.0和P1.3給2 片74LS373提供片選信號,從而實現(xiàn)分時選擇2片74LS373工作,分別傳送段碼和位碼。圖中6個數(shù)碼管,前3個用來顯示被測人的序號,后3個用來顯示每分鐘心跳次數(shù);ULN2803是8反相驅(qū)動器,作為位增強驅(qū)動器。
2.4 記憶存儲電路
記憶存儲電路見圖5。存儲芯片采用AT24C02。SDA為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳,SCL為串行同步時鐘輸入端;A0、A1及A2是片選信號輸入端,TEST引腳是寫保護,接地時表示不保護,測量完心率數(shù)據(jù)后想要保存時就按一下存儲按鍵K3,單片機就通過P2.1給AT24C02提供合適的時鐘,然后將數(shù)據(jù)存入指定地址。當然,控制字、地址和數(shù)據(jù)是分3次輸入的,并且在每段之間要求AT24C02提供給單片機一個應答信號,此外,在讀寫數(shù)據(jù)前后要加開始和停止位。
2.5 通信電路
通信電路的功能是將單片機測量的心率數(shù)據(jù)上傳PC機。本電路采用一片MAX232芯片將TTL電平轉(zhuǎn)換成PC機所能識別的電平,再通過一個標準的9針接口與PC機連接,外圍電路豐富簡單,只需要5個0.1μF的電容器,具體電路如圖6所示。
2.6 聲光報警電路
聲光報警電路見圖7。由與非門74F00構成2級門控振蕩器。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(shù)據(jù)在報警范圍內(nèi)時由單片機的P1.6提供一個高電平電路才起振,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時第2級振蕩器才起振,通過達林頓管Q2、輸出變壓器T驅(qū)動揚聲器BL發(fā)出斷續(xù)的"嘀、嘀…… "報警聲。
3 軟件的設計
系統(tǒng)主程序流程圖如圖8所示。
主要有顯示驅(qū)動程序、按鍵處理程序、INT0中斷服務程序、AT24C02驅(qū)動存儲程序、串口通信程序等。
4 結束語
通過實際設計制作,并與市場現(xiàn)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,有較好的應用前景。
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