本文提出了一種基于uPSD3234的反射式紅外心率檢測儀的設計方案。方案以單片機uPSD3234作為系統(tǒng)的核心部件，采用匹配濾波等數(shù)字信號處理方法得到心率數(shù)據(jù)，將微電子技術與生物醫(yī)學工程技術緊密地結合在一起，達到 了方案設計的要求，實現(xiàn)了對人體心率的測量。脈搏波源于心臟搏動并由心臟向外周動脈傳播。它所呈現(xiàn)出的形態(tài)、強度、速率和節(jié)律等綜合信息，很大程度上反映出人體心血管系統(tǒng)中許多生理病理的血 液特征。心率是一項重要的生理指標。它是指單位時間內(nèi)心臟搏動的次數(shù)，是臨床常規(guī)診斷的生理指標。為了測量心率信號，有許多技術可以應用，例如：血液測量，心聲測量，ECG 測量等等。本文探討利用血液的高度不透明性及組織與血液透光性的極大差異，通過光電脈搏傳感器獲取脈搏信號，經(jīng)過模-數(shù)轉換(A/D)后，采樣數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)字化分析處理，以實現(xiàn)對人體心率的測量。
心率信號采集預處理電路
脈搏信號采集預處理電路主要是將脈搏波轉換成電信號，并進行初步高頻濾波預處理。其關鍵部分就是光電式脈搏傳感器。光電式脈搏傳感器按光的接收方式可分為透射式和反射式兩種。反射式不僅可以精確測得血管內(nèi)容積變化，而且在實際應用中反射式只需將傳感器接觸身體任何部位，當照射部位的血流量隨心臟跳動而改變時，紅外線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。
本設計采用了反射式紅外傳感器。光電式脈搏傳感器采用紅外對管KP-2012F3C 和KP-2012P3C，反射式排列。 KP-2012F3C 具有良好的表皮照明度，電流一般設在20mA，亮度由軟件通過 PWM 電流來進行控制，這樣能夠使紅外LED工作在飽和區(qū)域，發(fā)出穩(wěn)定光強的光。KP-2012P3C 晶體管采用交流耦合結構來增強對微弱信號放大。經(jīng)晶體管檢測出來的信號采樣時分兩路。一路是直流信號線路。它是晶體管輸出經(jīng)射隨輸入單片機的A/D 轉換通道口0，可用來檢測晶體管是否處于有效工作狀態(tài);另一路是交流信號線路。它是先經(jīng)一射極跟隨器輸入到兩級濾波成形電路然后再輸入單片機的A/D 轉換通道1。該濾波電路為兩級帶通濾波電路，由于脈搏波的頻譜 蘊含豐富病理信息，特別是在5~40Hz這個區(qū)間的頻譜攜帶了大量與冠心病病變有關的信息，故考慮到今后功能的擴展，預處理電路的上下限頻率設計為48Hz 和0.86Hz。
本方案所設計的反射式紅外心率檢測儀主要單片機uPSD3234作為系統(tǒng)的核心部件，采用匹配濾波等數(shù)字信號處理方法得到心率數(shù)據(jù)，將微電子技術與生物醫(yī)學工程技術緊密地結合在一起，達到了方案設計的要求。并且，本方案已成功應用于健身產(chǎn)品跑步機中，具有一定的創(chuàng)新性和實際應用價值，并且有良好的市場推廣價值。
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