壓電薄膜傳感器及其在心臟監(jiān)測中的應(yīng)用

　　圖4中，譯碼器用最高3位進(jìn)行譯碼。它的輸出分別作為ROM、RAM、通道地址鎖存器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、8255等片選信號(hào)。系統(tǒng)配置8K字節(jié)的EPROM監(jiān)控程序，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自檢、輸入/輸出驅(qū)動(dòng);提供擴(kuò)展8K字節(jié)RAM的能力。8路開關(guān)輸入量通過光隔離器件后，直接連到P1口的8 位。8路開關(guān)輸出接口到8255P的B通道。8模擬輸入通道連接到模擬開關(guān)，用軟件控制切換，分時(shí)使用一片模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。模擬輸出通道采用帶輸入數(shù)據(jù)緩沖器的數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片。系統(tǒng)直接使用8031片內(nèi)的串行輸入、輸出功能作為全雙工的串行輸入、輸出口。數(shù)據(jù)的采樣是依據(jù)采樣定理，采樣定理可以描述為：只要采樣頻率大于模擬信號(hào)中最高頻率分量頻率的兩倍，則模擬信號(hào)中所包含的全部信息，也包含在它的采樣值中。根據(jù)這個(gè)定理我們可通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，定時(shí)(滿足采樣頻率大于模擬信號(hào)最高頻率)對(duì)檢測波形進(jìn)行采樣，得到的采樣數(shù)據(jù)(攜帶有檢測波形的全部信息)可保存在存儲(chǔ)器中，來實(shí)現(xiàn)波形的存儲(chǔ)和輸出。我們使用8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器AD0804，采用差動(dòng)雙端模擬輸入。AD0804的WR信號(hào)控制三態(tài)門，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出線與系統(tǒng)數(shù)據(jù)線的連接。

　　2、信號(hào)處理控制部分

　　信號(hào)處理控制器，該控制器由8031單片機(jī)完成。壓電傳感器獲得通道一(心音)數(shù)據(jù)、心電電極獲得通道二(心電)數(shù)據(jù)后，通過模擬電路先對(duì)其放大，后對(duì)其模擬信號(hào)進(jìn)行整形，轉(zhuǎn)化為脈沖形式(開關(guān)量)。利用8031單片機(jī)中的兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1分別工作于定時(shí)和計(jì)數(shù)方式，對(duì)心音心電波形整形后的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后通過軟件計(jì)算脈搏心率每分鐘跳動(dòng)次數(shù)，并根據(jù)軟件分析心電心音數(shù)據(jù)相關(guān)的量。
　　3、信號(hào)的輸出部分

　　信號(hào)的輸出部分包括接口電路和顯示。接口電路部分采用了可編程輸入輸出接口片子8255，通過它可直接將CPU總線接向外設(shè)。我們選用8255 的能輸入/輸出方式，完成微型記錄盒與PC機(jī)數(shù)據(jù)傳送。為了方便計(jì)算機(jī)正確地找到該接口電路，賦予8255接口特定的地址，通過口地址譯碼確定接口電路地址。譯碼電路如圖5所示。選擇采用數(shù)據(jù)查詢式傳送方式向外界傳送數(shù)據(jù)，其優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)CPU與外部過程不同步時(shí)，也可以很好地解決CPU的時(shí)序和I/O端口的時(shí)序之間的配合問題，從而不同外設(shè)的狀態(tài)信息，可以使用同一端口，而使用不同的位就行。結(jié)果顯示部分由液晶顯示塊顯示。選用點(diǎn)陣式液晶顯示塊顯示心音和心電中心臟跳動(dòng)次數(shù)及記錄儀的工作時(shí)間、狀態(tài)等。
四、心率計(jì)算程序

　　計(jì)算程序中，根據(jù)實(shí)際測量精度，選擇單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0作為定時(shí)器，而定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1作為計(jì)數(shù)器，且都工作于16位計(jì)數(shù)器操作模式0 為定時(shí)器時(shí)，選取定時(shí)時(shí)間為5ms，另設(shè)定一計(jì)數(shù)器CR。根據(jù)公式：(216-X)×T1=T2計(jì)算出X值。其中T1為一個(gè)機(jī)器周期時(shí)間，T2為定時(shí)時(shí)間。首先設(shè)定模式控制字，接通T1計(jì)數(shù)器，當(dāng)外部脈沖的第一個(gè)下降沿到時(shí)即TL1=1時(shí)，T0開始計(jì)數(shù)，當(dāng)其溢出產(chǎn)生中斷時(shí)，CR開始計(jì)數(shù)，直到TL1= 4時(shí)，T0、T1停止計(jì)數(shù)，讀取寄存器值，計(jì)算最終結(jié)果。簡單的程序流程圖如圖6。
　　五、結(jié)果討論

　　利用高分子壓電材料聚偏氟乙稀研制成壓電薄膜傳感器應(yīng)用于心音心電監(jiān)測系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確不失真的采集人體微弱的心音脈搏信號(hào)。該薄膜傳感器與心音心電整機(jī)之間結(jié)構(gòu)、性能匹配，通過實(shí)驗(yàn)，本心音心電監(jiān)測系統(tǒng)可以初步監(jiān)測人體的心音心電信號(hào)，該系統(tǒng)將應(yīng)用于臨床試驗(yàn)，預(yù)計(jì)不久將可能推廣應(yīng)用。