新興智能人體心率檢測裝置的設(shè)計方案

0 引 言

　　心率是人體中一個非常重要的生命信息，而傳統(tǒng)的脈診由于其定性化和主觀性影響了心率測試的精度，成為中醫(yī)脈診應(yīng)用、發(fā)展和交流中的制約因素。為了提高對此類生物醫(yī)學(xué)信號的測試精度，必須結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。目前用于檢測心率的儀器很多，常見的有基于壓力傳感器、光電傳感器、電容傳感器和電聲傳感器等類型的測試裝置，但是對脈搏測試部位的選擇沒有太大區(qū)別，對于能在指端進(jìn)行脈搏精確測量的儀器還是比較少。這里介紹的智能人體心率檢測裝置可以實現(xiàn)人體指端的無創(chuàng)測量，測試過程簡單，能精確測量出心跳次數(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示和上、下限報警功能。

1 裝置組成及工作原理

　　系統(tǒng)組成如圖1所示。此設(shè)計以單片機(jī)AT89C2051為核心，由光電傳感器采集脈搏信號，經(jīng)過前置放大電路、濾波電路、積分和比較電路后得到與脈搏相關(guān)的脈沖信號，該脈沖信號作為中斷信號交由單片機(jī)進(jìn)行脈沖周期的計算。然后得出每分鐘的脈搏搏動次數(shù)(即心率)，并在數(shù)碼管上顯示心率，同時利用軟件實現(xiàn)上下限報警功能，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(jìn)行報警以提醒醫(yī)生注意。

圖1 智能人體心率檢測裝置原理框圖

2 裝置硬件電路設(shè)計

　　2．1 傳感器及信號處理電路

　　由于在人體指尖組織中的動脈成分含量高，而且指尖厚度相對其他人體組織而言比較薄，透過手指后檢測到．的光強(qiáng)相對較大，因此光電式脈搏傳感器的測量部位在人體指尖。將一對紅外發(fā)射與接收探頭置于手指兩側(cè)，當(dāng)動脈血管隨心臟周期性的收縮和舒張，動脈血管的血液容積隨之發(fā)生變化時，紅外接收探頭便接收到隨心臟周期性地收縮和舒張的動脈搏動光脈沖信號，從而采集到心臟搏動信號。

　　檢測心率的傳感器采用紅外對管HRl068C一05Y2和PT331C。由于從人體手指采集到的生理信號十分微弱，其幅度一般在微伏到毫伏的數(shù)量級范圍，而且在測試過程中由于肢體動作以及較強(qiáng)的工頻干擾而產(chǎn)生大量的噪聲。同時要將采集到的脈搏信號經(jīng)過前置級放大電路進(jìn)行高倍放大，這就要求電路具有高增益和高共模抑制比，至少在80 dB以上，即集成運(yùn)放要有很高的共模抑制比和極低的零漂等，所選的電阻參數(shù)要盡量精確。放大電路由電阻網(wǎng)絡(luò)和OP07組成，傳感器及前置放大電路如圖2所示。

圖2 傳感器及前置放大電路