引 言
現(xiàn)代社會中，人們對家人和自己的身體健康狀況尤為重 視，心腦血管疾病作為一種發(fā)病率高、致死率高的疾病直接 威脅著人們的生命安全。目前，用于心腦血管疾病監(jiān)測的儀器 儀表不斷涌現(xiàn)，但大多操作復(fù)雜，主要用于醫(yī)院環(huán)境。因此， 人們迫切需要一種使用簡單方便，可用于家庭或社區(qū)環(huán)境的心 腦血管疾病監(jiān)測設(shè)備。本文基于紅外技術(shù)設(shè)計了一種簡易心率 計。該心率計采用紅外對管發(fā)射和接收紅外信號，采集人體的 心率信號，并經(jīng)過主控芯片對信號進行處理，計算出人體的 心率值。該心率計具有使用簡單方便，抗干擾能力強，成本低 等優(yōu)點，可為心腦血管疾病的預(yù)防和監(jiān)測提供有效手段。
1 紅外技術(shù)
紅外技術(shù)是一種視距無線通信技術(shù)，具有非接觸式、抗 干擾能力強、工作功耗低利、數(shù)據(jù)通信可靠等優(yōu)點。紅外光 電式檢測方法測量心率，是利用光信號對血液流動的透射率 或反射率不同，將光信號變換成電信號進而進行測量的方法。 一般對光信號的采集有兩種方法，一種是對射式采集，即在 對人體如手指測量時，在手指兩側(cè)各放一個光電二極管，一個 用于發(fā)射信號，一個用于接收信號。當(dāng)通過手指的血流量變化 時，光信號的透射率發(fā)生變化，光電接收管中的電流量也將發(fā) 生變化，從而測量心率值 ；另一種是反射式采集，即用于發(fā)射 信號和接收信號的光電二極管都朝向一端，利用血流變化時， 光的反射率發(fā)生變化，從而利用光電管中的電流量的變化來測量心率值。本文選用第一種方法來實現(xiàn)。整個系統(tǒng)的信息處理 工作流程如圖 1 所示。
2 硬件設(shè)計
2.1 主控芯片選擇
心率計的主控芯片是整個系統(tǒng)的核心，負責(zé)數(shù)據(jù)信號的 處理和系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行。考慮到成本、可靠性、簡易性等問 題，這里選用AT89S52來作為主控芯片。AT89S52是一種 8 位、 低功耗的微控制器，其自帶 8 KB 可編程 Flash 存儲器，32 個 可編程 I/O 口線，3 個 16 位定時器，8 個中斷源，具有全雙工 UART 串行通道，低功耗空閑和掉電模式，非常適合作為心 率計的主控芯片。其芯片引腳如圖 2 所示
2.2 信號采集電路
紅外線發(fā)射管在使用時，有 850 nm、875 nm、940 nm 三個波段。各波段由于波長不同，適用環(huán)境也各有不同。 850 nm 波段在安防監(jiān)控設(shè)備中使用較多，875 nm 波段在紅外監(jiān)控中有較多應(yīng)用，940 nm 波段主要用于家電設(shè)備紅外控制 等。本文設(shè)計的心率計采用一對 5 mm 的紅外對管，另加外圍 少量電子器件組成信號采集電路。信號采集電路如圖 3 所示。 圖中 D1 與 D3 為紅外對管，負責(zé)紅外信號的發(fā)射與接收。電 阻 R7 和電容 C5 構(gòu)成低通濾波電路，主要用于去除高頻干擾。
2.3 顯示模塊
心率計的數(shù)值顯示選用液晶顯示模塊。這里經(jīng)比較，選 用 LCD1602 液晶顯示模塊，LCD1602 內(nèi)部存儲器已內(nèi)置了 160 個不同的點陣字符圖形，使用簡單方便，每次可顯示兩 行，每行 16 個字符，可以滿足本設(shè)計的心率計顯示的需要， LCD1602 與單片機的接口電路如圖 4 所示。
3 軟件設(shè)計
系統(tǒng)上電后，首先完成初始化程序，以初始化部分硬件 芯片，確定中斷地址和程序入口。然后，液晶顯示屏顯示全零， 表示沒有信號進入 ；其次，程序定時 100 ms，進入等待中斷 過程，并累加中斷次數(shù) ；最后，根據(jù) n= K/t（n 表示時間 t 內(nèi) 心率的平均值，K 表示時間 t 內(nèi)連續(xù)的脈動次數(shù)）計算心率值， 并在液晶顯示屏顯示數(shù)值。整個程序流程如圖 5 所示。
4 結(jié) 語
無線技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，使人們對疾病的監(jiān)測手段 不斷更新和發(fā)展。本文基于紅外技術(shù)設(shè)計了一種簡易心率計， 該心率計采用紅外對管發(fā)射和接收紅外信號，采集人體的心率 信號，并經(jīng)過主控芯片對信號進行處理，從而計算出人體的心 率值。該心率計具有使用簡單方便，抗干擾能力強，成本低等 優(yōu)點，可為心腦血管疾病的預(yù)防和監(jiān)測提供有效手段。
下載文檔
