基于單片機的脈搏儀心率計

摘要：由脈搏傳感器測量脈搏，脈搏信號經(jīng)過放大、濾波、整形、倍頻形成數(shù)字信號;單片機把該數(shù)字量作為外部中斷信號計時。LCD1602顯示每分鐘心臟跳動的次數(shù)即心率。當(dāng)心率大于上限或小于下限時，聲光報警，表示心率異常。心率上下限值可以由鍵盤設(shè)定。

關(guān)鍵詞：脈搏、光電測量法、單片機

引言

祖國醫(yī)學(xué)診脈是指醫(yī)生用手指切按患者的脈象、探查了解病情。診脈對分析病理有積極意義。但是診脈受人的主觀因素影響大。脈搏心率測量儀采用光電傳感器測量脈搏。測量原理是：心臟跳動引起血壓變化，血壓變化又引起血液濃度變化;光電傳感器能夠探測到血液濃度的變化，這種變化觸發(fā)光電感應(yīng)一即紅外線信號強弱的變化。光電傳感器把人體脈搏變化轉(zhuǎn)換成光電信號;經(jīng)過單片機分析計算出心率。液晶顯示器顯示心率……即每分鐘心臟跳動的次數(shù)。實現(xiàn)了客觀測量脈搏即單片機測量脈搏。

1 設(shè)計框圖和工作原理

光電測量法測量脈搏設(shè)計框圖如圖1光電測量法測量脈搏：是由脈搏傳感器模塊和單片機控制模塊組成。

……脈搏傳感器模塊：

由光電感應(yīng)電路，脈搏信號放大電路，濾波防止干擾電路，整形把模擬量整形成數(shù)字量電路，倍頻縮短測量時間電路組成脈搏傳感器模塊。

……單片機控制模塊：

……由電源電路，單片機最小系統(tǒng)電路，鍵盤電路，液晶顯示電路，超限報警電路組成。

2 硬件電路

設(shè)計思路：我們知道單片機可以計數(shù)…即可以對外部中斷脈沖進行計數(shù)。周期和頻率是互為倒數(shù)關(guān)系。也就是說單片機可以做成頻率計。而脈沖可以看成脈搏傳感器產(chǎn)生的脈沖。血壓變化引起的血液濃度變化是連續(xù)變化的模擬量，單片機只接收數(shù)字量。所以，需要把正弦波轉(zhuǎn)換成方波從而滿足單片機的計數(shù)要求。

單片機計算出心率由液晶顯示器在第一行顯示：N次/每分鐘;第二行顯示上、下限心率值。超限聲光報警提示心率異常。

2.1 光電傳感器模塊

由光電信號采集電路(圖2)采集脈搏信號，因為信號太弱必須經(jīng)過放大電路兩級放大。然后由濾波電路濾除干擾信號。而整形電路的作用是把正弦波模擬量轉(zhuǎn)化為矩形波數(shù)字量。采用雙倍頻電路提高頻率，縮短周期(時間)以期盡快測出脈搏次數(shù)。光電傳感器電路如圖3

仿真時，脈搏信號用1 5 0 m v直流電混合2.5Hz 1 07mv正弦交流電模擬。輸入1 50mv兩級放大以后輸出900mv，因此放大倍數(shù)是900/150等于6倍。放大以后的電壓應(yīng)能夠達到與非門閥值電壓。光電傳感器輸出信號是方波信號可以用2.5Hz 5V方波信號模擬。

由紅外線發(fā)射和紅外線接收形成的脈搏信號采集電路把脈搏信號轉(zhuǎn)換成電信號。

以上仿真測量使用的是Multisim10仿真軟件，波形為虛擬示波器測量;

2.2 單片機控制模塊

采用AT89C52單片機，12MHz晶振。顯示器采用LCD1602液晶顯示。1602數(shù)據(jù)線和P0口相連。1602控制端口接P10、P11。P0口上拉電阻采用排阻。聲光報警電路由P36口控制NPN三極管基極、由集電極驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出報警聲。由于P36輸出的是方波、三極管會導(dǎo)通/截止交替變化，報警信號燈會出現(xiàn)閃爍。

鍵盤電路掛在P33、P34、P35口上。采用循環(huán)方式掃描鍵盤，都為1時，表示沒有鍵按下。為0時，有鍵按下;

心率上、下限設(shè)置鍵：按下設(shè)置鍵進入設(shè)置模式;如下限閃爍：設(shè)置下限，這時按加一鍵一次，下限值加一;如按下減一鍵一次，下限值減一;設(shè)置完成時，再按一次設(shè)置鍵;停止閃爍，完成設(shè)置。

P36口可以輸出方波信號控制NPN三極管導(dǎo)通，三極管驅(qū)動集電極上的蜂鳴器和發(fā)光二極管LED發(fā)出聲光報警信號。超過上限或低于下限時，均發(fā)出聲光報警，表示心率異常。

如圖5為單片機控制電路心率超過130時，報警時的仿真情況。

心率正常范圍為：60～100次/每分鐘;大于160次/每分鐘，為心動過速;低于40次/每分鐘為心臟病。

LCD 1602第一行顯示：測量心率值;第二行顯示：H：上限值L：下限值;

單片機仿真使用的是Proteus仿真軟件;軟件調(diào)試使用的是Keil 4.0;

3 結(jié)語

利用紅外發(fā)光二極管發(fā)出紅外線照射人的指尖，另一側(cè)紅外接收二極管收到光電信號，實現(xiàn)脈搏信號的采集;單片機中斷計時計算心率并送LCD顯示心率;本次實現(xiàn)了仿真驗證;重要意義：誠然由于傳統(tǒng)診脈方法是祖國醫(yī)學(xué)留下的法寶之一;但由于受人的因素影響較大，存在著主觀性問題;而且，對人的要求專業(yè)性極高。由單片機和光電傳感器組成的全自動電子診脈實現(xiàn)了指導(dǎo)測量、自動顯示心率，還能提示心率過快、心率太低。診療結(jié)果主觀，使得普通患者自己也能監(jiān)控病情。心率異常及時吃藥。對于生命健康有積極意義。