智能人體心率檢測裝置的設計

2．2 單片機控制及顯示電路
單片機控制及顯示電路如圖4所示。采用動態顯示方式，利用單片機的P1口的P1.0～P1.6作為數碼管七段碼的輸入。利用P3.0,P3.1,P3.2,P3.3作為4只數碼管的選中信號(見圖4)。從光電傳感器輸出的心率脈沖作為中斷信號直接接到單片機89C2051的9腳(即T1端)。由T0定時，T1計數。P1.7輸出心率的上、下限報警信號，經二極管驅動報警器報警。當心率低于下限45次／min時報警發出長音報警。當心率高于上限180次／min時報警器發出短音報警。

3 軟件設計
系統軟件流程圖如圖5所示。將要顯示心率數千位、百位、十位、個位數分別存放在89C2051單片機內部的41H，42H，43H，44H單元內。采用動態掃描，每隔5 ms分別輪流顯示千位、百位、十位、個位。當單片機的第9腳有一上升沿時，T1腳計數1次，T0定時50 ms，循環定時1 200次，T1計數即為心率次數。然后返回主程序繼續執行顯示程序。

4 電路調試及噪聲分析
電路調試主要是對輸入的脈搏信號進行濾波和放大，調試的效果直接關系到數據采集的精確度。通過測試可以得知，脈搏信號中存在嚴重的噪聲干擾，前置級放大電路的設計至關重要。使用寧波中策電子有限公司的DFl405數字合成信號發生器來模擬脈搏信號，信號頻率較高，信號處理電路對于高頻信號(106 Hz左右)有很好的衰減作用，當信號頻率適中的時候，信號可以按照設計的需要進行放大。50 Hz陷波器對工頻干擾起到了很好的抑制作用。通過積分、比較電路對脈搏信號整形可以得到單片機需要的脈沖信號。通過整機調試，系統達到了預期的設計要求。
在測量過程中，傳感器采集到的脈搏信號十分微弱，容易受到外界環境干擾，因此需要對脈搏傳感器的干擾噪聲進行分析。光電式脈搏傳感器的主要有測量環境光干擾、電磁干擾、測量過程運動噪聲干擾。為了減少環境光對脈搏信號測量的影響，同時考慮到傳感器使用的方便性，采用密封的指套式的包裝方式，整個外殼采用不透光的介質和顏色，盡量減小外界環境光的影響。通過光電轉換得到的包含脈搏信息的電信號一般比較微弱，容易受到外界電磁信號的干擾，因此對硬件電路進行適當的屏蔽處理。脈搏信號變化緩慢，特別容易受到工頻信號的干擾，利用陷波器有效地解決了這一問題。在測量過程當中，讓指套和手指更緊的接觸減少了他們之間的相對運動，降低了運動噪聲。

5 結 語
心率檢測中的關鍵技術在于傳感器的制作和微弱脈搏信號的放大問題。通過實際的設計制作，結果證實了該設計的合理性和可行性，說明用科學設計的透射式傳感器可實現手指脈搏的無損檢測。但是在小信號放大技術方面有待于進一步研究。同其他心率檢測儀相比較，該裝置的體積小，重量輕，成本低，使用方便，測量準確等，具有很好的應用前景。