基于光電對射管的健身器心率測量系統設計

引 言
心率在健身器系統中是一個重要的反饋信號，它反映了人們在鍛煉時的身體狀況，對人的生命系統起著重要的監護作用。心率測量的準確與否，直接影響著人們在鍛煉時的心理狀態，因而心率測量是健身器系統中重要的組成部分。本文應用光電對射管研制了基于血液濃度變化的心率測量系統，應用簡單的濾波和放大電路，使健身器的心率測量準確可靠。
1光電對射管的特點及其應用
光電對射管是一種光電轉換的器件。它可以將外界光的信號轉換成電壓信號，以便于系統識別。因此光電對射管在測速、測距、信號轉換等各種場合得到廣泛應用。光電對射管由發光管和接收管兩部分構成。在應用中可以給發光管加上適當的恒定電流，使其發出均勻穩定的光。接收管串入合適的電路，系統可以從接收管上獲取電壓信號。當發光管和接收管之間的透光狀況發生變化時將引起通過接收管的電流的變化。
本文將光電對射管做成夾子形狀，夾在耳垂、手指等皮膚表面，隨著心臟的跳動，血管內的血液濃度發生周期性的變化。血液濃度的變化引起接收管上接收的光強變化，從而系統就可以采集到周期變化的脈動信號。采用合適的電路將信號放大、濾波、整形后輸出標準方波信號送到單片機中。
2信號分析和信號調理電路
2.1 信號分析
光電對射管接收管接收到的信號非常微弱，采集到的心率信號變化量只有50mV，并且帶有一定的電壓偏置量，同時存在大量的電壓噪聲。通過示波器采集從圖2所示的電路圖中的a點采集到的信號波形如圖1所示。