基于MSP430单片机的红外便携式心率监测系统

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1、学兔兔www.xuetutu.com、1訇似基于MSP430单片机的红外便携式心率监测系统InfraredportableheartratemonitoringsystembasedonMSP430张小驰，陈天华ZHANGXiao—chi．CHENTian—hua(北京工商大学计算机与信息工程学院，北京100048)摘要：设计了一种基于MSP430单片机的便携式心率监测系统。系统主要由超低功耗MSP430芯片、红外光电传感器、滤波与放大电路和无线传输模块组成，可以对心率进行实时监测，系统首先对红外传感器检测的心率信号进行滤波和放大，MSP430单片机对信号进行计算、处理，并将监测结果通过nRF

2、2401无线模块发送给监护中心。该心率监测系统体积小、功耗低，使用简便，可实现24d、时全天候监测，并具有异常心率监测和报警功能。关键词：心率监测；MSP430单片机；低功耗；nRF2401中冒分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009一O134(2O14)O6(下)一O154一O3Doi：10．3969／J．issn．1009-0134．2014．06(下)．430引言心率是心血管疾病诊断的重要生理指标。心l放大电路ILSPl血管疾病是目前死亡率最高的疾病之一，而这类J滤波电路l厂CA0lMCU疾病发作的主要前兆是心率出现异常。对于心血TT红外传感器lIo管疾病患者和高发人群来说，若

3、能进行实时心率监测，在发病之初进行及时抢救，患者的生存率将会大幅提升。为此，本文提出了一种可以实时图1系统架构框图监测心率，并且在情况异常时自动报警的小型心2硬件设计率监测系统。该系统以MSP430单片机为核心，融合了无线传输技术，具有集成度高，低功耗及方2．1430介绍便携带等特点。本设计采用16位超低功耗MSP430F149(简称F149)，该单片机支持低电压供电，具有待机1设计原理模式和掉电模式两种低功耗工作模式，16MHz主在心脏跳动的过程中，人体组织的半透明度频，34'-16位定时器，一个比较器和48个通用I，o引会出现明显变化，这种现象在手指尖等部位尤为脚，适合便携式电子产品研发[

4、1】。与MSP430其他明显。根据该原理，通过红外光照射手指尖可以型号相比，F149的特点是体积较小，这对于便携获取人体心率数据。本文采用高可靠性红外光电式心率检测非常关键。传感器测量手指脉搏信号，根据特定波长红外线对血管末端血液微循环引起的血液容积变化的敏2．2数据采集模块感特性，检测心脏搏动所引起的指尖血液变化，数据采集模块包括红外传感器，滤波电路经具有滤波与放大功能的信号调理电路对信号进和放大电路三部分。本设计采用的红外传感器行预处理，心率计数通过MSP430的专用比较器实TcRT50O0，由红外发光管和光敏三极管组成，现。脉搏信号经过滤波和放大之后送入MSP430支持低电压供电，具有体

5、积小、重量轻、灵敏度单片机的比较器专用I／0口CA0或CA1进行心率计高等优点。如图2所示，传感器将采集到的电信数，系统设定了报警阈值以实现报警功能，当心号传送到预处理电路，完成对心率信号的滤波和率超出人体正常值时，MSP430单片机会通过SPI放大处理。滤波电路是一个低通滤波网络，根据接口指示无线通信模块发出报警信息，并向监护心率信号特点，截止频率为3Hz~4Hz左右。选择中心或监护人发出报警。系统架构如图IN示。R2=l00K，CI=0．47uF时，截止频率为：收稿日期：2014-04-20基金项目：北京市英才计划项目(19005353138)；国家级大学生科学研究与创业行动计划(SJ20

6、1302025)作者简介：张小弛(1991一)，男，北京人，硕士研究生，研究方向为智能信息处理、测控技术和数字医疗等。11541第36卷第6期2014-06(下)学兔兔www.xuetutu.com务l造訇化f-1／2×piXRXC=1／2×piX10Ok×0．47uF=3．85Hz发模式，一是在低速输入和高速输出时，nRF2401由于红外传感器输出阻抗相对较小，所以放比一般情况下的功耗低，而且微处理器在低速大电路采用输入阻抗较小的反向放大器。反相传输时能耗低；二是该模式下抗干扰能力强。此放大电路的优点是：若信号源阻抗偏低，采用外，nRF2401内置循环冗余校验进行纠错和检验，反相放大电路可以

7、实现较高的信噪比。运放采数据的校验码在数据发射和接收时由nRF2401自动用体积小、成本低且具有频率补偿的LM358芯添加和删除，不仅实现了低功耗，还可提高数据片。在本系统中，红外传感器可以将脉搏信号转传输效率和可靠性。换为一0．08v~+0．2v的三角波。为了便于单片机检2)接口电路设计测，信号需要放大A=一10倍，经计算得R2=1K，无线通信模块由nRF2401，晶振电路和天线构R3=10K。