基于單片機(jī)的脈搏儀心率計(jì)

摘要：由脈搏傳感器測(cè)量脈搏，脈搏信號(hào)經(jīng)過放大、濾波、整形、倍頻形成數(shù)字信號(hào);單片機(jī)把該數(shù)字量作為外部中斷信號(hào)計(jì)時(shí)。LCD1602顯示每分鐘心臟跳動(dòng)的次數(shù)即心率。當(dāng)心率大于上限或小于下限時(shí)，聲光報(bào)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(cè)量法、單片機(jī)

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(duì)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(cè)量儀采用光電傳感器測(cè)量脈搏。測(cè)量原理是：心臟跳動(dòng)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(cè)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(hào)強(qiáng)弱的變化。光電傳感器把人體脈搏變化轉(zhuǎn)換成光電信號(hào);經(jīng)過單片機(jī)分析計(jì)算出心率。液晶顯示器顯示心率……即每分鐘心臟跳動(dòng)的次數(shù)。實(shí)現(xiàn)了客觀測(cè)量脈搏即單片機(jī)測(cè)量脈搏。

1 設(shè)計(jì)框圖和工作原理

光電測(cè)量法測(cè)量脈搏設(shè)計(jì)框圖如圖1光電測(cè)量法測(cè)量脈搏：是由脈搏傳感器模塊和單片機(jī)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(hào)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(cè)量時(shí)間電路組成脈搏傳感器模塊。

……單片機(jī)控制模塊：

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

2 硬件電路

設(shè)計(jì)思路：我們知道單片機(jī)可以計(jì)數(shù)…即可以對(duì)外部中斷脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。周期和頻率是互為倒數(shù)關(guān)系。也就是說單片機(jī)可以做成頻率計(jì)。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(jī)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(jī)的計(jì)數(shù)要求。

單片機(jī)計(jì)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(bào)警提示心率異常。

2.1 光電傳感器模塊

由光電信號(hào)采集電路(圖2)采集脈搏信號(hào)，因?yàn)樾盘?hào)太弱必須經(jīng)過放大電路兩級(jí)放大。然后由濾波電路濾除干擾信號(hào)。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(shí)間)以期盡快測(cè)出脈搏次數(shù)。光電傳感器電路如圖3

仿真時(shí)，脈搏信號(hào)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(jí)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(dá)到與非門閥值電壓。光電傳感器輸出信號(hào)是方波信號(hào)可以用2.5Hz 5V方波信號(hào)模擬。

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

以上仿真測(cè)量使用的是Multisim10仿真軟件，波形為虛擬示波器測(cè)量;

2.2 單片機(jī)控制模塊

采用AT89C52單片機(jī)，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(bào)警電路由P36口控制NPN三極管基極、由集電極驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。由于P36輸出的是方波、三極管會(huì)導(dǎo)通/截止交替變化，報(bào)警信號(hào)燈會(huì)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(shí)，表示沒有鍵按下。為0時(shí)，有鍵按下;

心率上、下限設(shè)置鍵：按下設(shè)置鍵進(jìn)入設(shè)置模式;如下限閃爍：設(shè)置下限，這時(shí)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(shí)，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(hào)控制NPN三極管導(dǎo)通，三極管驅(qū)動(dòng)集電極上的蜂鳴器和發(fā)光二極管LED發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。超過上限或低于下限時(shí)，均發(fā)出聲光報(bào)警，表示心率異常。

如圖5為單片機(jī)控制電路心率超過130時(shí)，報(bào)警時(shí)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(dòng)過速;低于40次/每分鐘為心臟病。

LCD 1602第一行顯示：測(cè)量心率值;第二行顯示：H：上限值L：下限值;

單片機(jī)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(hào)，實(shí)現(xiàn)脈搏信號(hào)的采集;單片機(jī)中斷計(jì)時(shí)計(jì)算心率并送LCD顯示心率;本次實(shí)現(xiàn)了仿真驗(yàn)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(duì)人的要求專業(yè)性極高。由單片機(jī)和光電傳感器組成的全自動(dòng)電子診脈實(shí)現(xiàn)了指導(dǎo)測(cè)量、自動(dòng)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(shí)吃藥。對(duì)于生命健康有積極意義。