一種便攜式單片機控制液晶顯示型心率計設計

　　經(jīng)前面處理得到的信號為疊加有噪聲的脈沖正弦波，接下來必須對這個信號經(jīng)過整形。先是通過比較器IC1b將正弦波轉換成方波。利用R8可以實現(xiàn)將比較器的閾值調(diào)定在正弦波的幅值范圍之內(nèi)的目的。接下來，從IC1b的7引腳輸出的方波信號經(jīng)C5、R10構成的微分電路，進行微分處理后將成為正負相間的尖脈沖。為了穩(wěn)定脈沖的輸出，電路設計時是將此脈沖輸入到單穩(wěn)多諧振蕩器IC1c的反相輸入端，并利用IC1c的輸出來作為后極工作的實際使用脈沖。

　　IC1c在工作時，凡有輸入信號時，它會在輸入信號后沿到來時輸出高電平，從而使C6通過R11充電。大約持續(xù)20ms之后，IC1c同相輸入端的電位會因C3充電電流減小而降低，當此電位低于反相輸入端的電位時(尖脈沖已過去很久)， IC1c就將改變狀態(tài)并再次輸出低電平。這20ms的脈沖時間是與脈搏同步的，這種脈沖在電路工作時是與紅色發(fā)光二極管D3的閃爍情況相對應的。

　　經(jīng)過IC1c之后的脈沖就是后面單片機控制電路所需的實際脈沖，通過R12送到單片機P3.3引腳后，就可實現(xiàn)后面的計數(shù)和顯示了。

　　IC1a、IC1b、IC1c工作所需的4.5V電源電壓，在電路中是通過R14、R15對9V分壓并經(jīng)IC1d緩沖而得到的。這樣的設置，就使得即使電池電壓降低到6V，本電路也能實現(xiàn)正常工作。

　　單片機控制電路

　　單片機控制電路如圖3所示。本部分電路主要由AT89C2051單片機、SMC1602A液晶顯示芯片、12MHz的晶振電路以及復位電路等幾個部分組成。電路主要完成對于前面采集處理得到的脈沖進行計數(shù)和顯示的任務。

　　圖3

　　經(jīng)采集處理后得到的脈沖信號，通過P3.3引腳被輸入到單片機中。單片機被設為負跳變中斷觸發(fā)模式。因此，每次脈沖下降沿到達時，單片機就將被觸發(fā)并產(chǎn)生中斷進行計時;而當下一次脈沖的下降沿到達時，單片機就對兩次脈沖間的時間間隔進行運算，運算的結果就是心率。這個結果值，將通過P1口送至SMC1602A液晶顯示芯片的數(shù)據(jù)端口，從而被顯示出來。

　　在顯示心率值之后，單片機將對此心率值與80~120的人體正常脈搏范圍進行比較。若此值X為80≤X≤120，液晶顯示芯片中會顯示“Very Good!”，以表示被測者心率正常;若此值不在80~120范圍之內(nèi)，即X<80或者X>120，那么，液晶顯示芯片中會顯示“A Little Bad!”，以便表示被測者心率出現(xiàn)不正常。

　　另外，為了提示用戶及時觀察心率值的顯示，電路中還設置了一個提示音的裝置。即每次脈沖到來時，單片機P3.7引腳所連接的蜂鳴器SP均會發(fā)出提示音，這樣，當用戶第二次聽到這個提示音時，就表明1分鐘的脈搏計數(shù)顯示已經(jīng)完成。如此一來，結合前面心率采集處理電路中對于每次脈搏給予的點亮閃爍裝置，本心率計在使用時就可以通過聲光相結合的形式形象地把脈搏的快慢顯示出來。

　　此外，本心率計設計的有效測量顯示范圍為50次/分~199次/分。為避免可能出現(xiàn)的干擾的影響，單片機對兩個脈沖之間的時間間距進行檢測，若發(fā)現(xiàn)有干擾，即次數(shù)值不在設置的有效測量顯示范圍之內(nèi)時，則忽略該干擾而不顯示。這樣就更加降低了心率計在實際使用時出現(xiàn)誤差的可能性。

　　元器件選取

　　電路中單片機選用AT89C2051單片機。液晶顯示器芯片則選用SMC1602A，電路中用到的運算放大器IC1為常用的四運放LM324，它的四路分別分配給了IC1a、IC1b、IC1c和IC1d。本心率計的電源為7~9V直流電源，可以通過電池供電，也可通過交直流轉換后來獲取，正常工作時的工作電流為100mA。設計中使用的提示音裝置為普通蜂鳴器，也可用8Ω微型喇叭來代替。另外，單片機采用的是12MHz的晶振，若用其它頻率晶振，在軟件設計中就需進行相應修改。