基于單片機的脈搏儀心率計

摘要：由脈搏傳感器測量脈搏，脈搏信號經過放大、濾波、整形、倍頻形成數字信號;單片機把該數字量作為外部中斷信號計時。LCD1602顯示每分鐘心臟跳動的次數即心率。當心率大于上限或小于下限時，聲光報警，表示心率異常。心率上下限值可以由鍵盤設定。

關鍵詞：脈搏、光電測量法、單片機

引言

祖國醫學診脈是指醫生用手指切按患者的脈象、探查了解病情。診脈對分析病理有積極意義。但是診脈受人的主觀因素影響大。脈搏心率測量儀采用光電傳感器測量脈搏。測量原理是：心臟跳動引起血壓變化，血壓變化又引起血液濃度變化;光電傳感器能夠探測到血液濃度的變化，這種變化觸發光電感應一即紅外線信號強弱的變化。光電傳感器把人體脈搏變化轉換成光電信號;經過單片機分析計算出心率。液晶顯示器顯示心率……即每分鐘心臟跳動的次數。實現了客觀測量脈搏即單片機測量脈搏。

1 設計框圖和工作原理

光電測量法測量脈搏設計框圖如圖1光電測量法測量脈搏：是由脈搏傳感器模塊和單片機控制模塊組成。

……脈搏傳感器模塊：

由光電感應電路，脈搏信號放大電路，濾波防止干擾電路，整形把模擬量整形成數字量電路，倍頻縮短測量時間電路組成脈搏傳感器模塊。

……單片機控制模塊：

……由電源電路，單片機最小系統電路，鍵盤電路，液晶顯示電路，超限報警電路組成。

2 硬件電路

設計思路：我們知道單片機可以計數…即可以對外部中斷脈沖進行計數。周期和頻率是互為倒數關系。也就是說單片機可以做成頻率計。而脈沖可以看成脈搏傳感器產生的脈沖。血壓變化引起的血液濃度變化是連續變化的模擬量，單片機只接收數字量。所以，需要把正弦波轉換成方波從而滿足單片機的計數要求。

單片機計算出心率由液晶顯示器在第一行顯示：N次/每分鐘;第二行顯示上、下限心率值。超限聲光報警提示心率異常。

2.1 光電傳感器模塊

由光電信號采集電路(圖2)采集脈搏信號，因為信號太弱必須經過放大電路兩級放大。然后由濾波電路濾除干擾信號。而整形電路的作用是把正弦波模擬量轉化為矩形波數字量。采用雙倍頻電路提高頻率，縮短周期(時間)以期盡快測出脈搏次數。光電傳感器電路如圖3

仿真時，脈搏信號用1 5 0 m v直流電混合2.5Hz 1 07mv正弦交流電模擬。輸入1 50mv兩級放大以后輸出900mv，因此放大倍數是900/150等于6倍。放大以后的電壓應能夠達到與非門閥值電壓。光電傳感器輸出信號是方波信號可以用2.5Hz 5V方波信號模擬。

由紅外線發射和紅外線接收形成的脈搏信號采集電路把脈搏信號轉換成電信號。

以上仿真測量使用的是Multisim10仿真軟件，波形為虛擬示波器測量;

2.2 單片機控制模塊

采用AT89C52單片機，12MHz晶振。顯示器采用LCD1602液晶顯示。1602數據線和P0口相連。1602控制端口接P10、P11。P0口上拉電阻采用排阻。聲光報警電路由P36口控制NPN三極管基極、由集電極驅動蜂鳴器發出報警聲。由于P36輸出的是方波、三極管會導通/截止交替變化，報警信號燈會出現閃爍。

鍵盤電路掛在P33、P34、P35口上。采用循環方式掃描鍵盤，都為1時，表示沒有鍵按下。為0時，有鍵按下;

心率上、下限設置鍵：按下設置鍵進入設置模式;如下限閃爍：設置下限，這時按加一鍵一次，下限值加一;如按下減一鍵一次，下限值減一;設置完成時，再按一次設置鍵;停止閃爍，完成設置。

P36口可以輸出方波信號控制NPN三極管導通，三極管驅動集電極上的蜂鳴器和發光二極管LED發出聲光報警信號。超過上限或低于下限時，均發出聲光報警，表示心率異常。

如圖5為單片機控制電路心率超過130時，報警時的仿真情況。

心率正常范圍為：60～100次/每分鐘;大于160次/每分鐘，為心動過速;低于40次/每分鐘為心臟病。

LCD 1602第一行顯示：測量心率值;第二行顯示：H：上限值L：下限值;

單片機仿真使用的是Proteus仿真軟件;軟件調試使用的是Keil 4.0;

3 結語

利用紅外發光二極管發出紅外線照射人的指尖，另一側紅外接收二極管收到光電信號，實現脈搏信號的采集;單片機中斷計時計算心率并送LCD顯示心率;本次實現了仿真驗證;重要意義：誠然由于傳統診脈方法是祖國醫學留下的法寶之一;但由于受人的因素影響較大，存在著主觀性問題;而且，對人的要求專業性極高。由單片機和光電傳感器組成的全自動電子診脈實現了指導測量、自動顯示心率，還能提示心率過快、心率太低。診療結果主觀，使得普通患者自己也能監控病情。心率異常及時吃藥。對于生命健康有積極意義。