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1、第32卷第7期电子工程师Vol.32No.72006年7月ELECTRONICENGINEERJul.2006数字人体心率检测仪的设计1221范红刚,冯成,胡建国,张莉娟(1.黑龙江科技学院电气与信息工程学院,黑龙江省哈尔滨市150027;2.山东莱芜特殊钢厂,山东省莱芜市271100)摘要:介绍了以AT89C51为控制核心的数字人体心率检测仪的系统组成及工作原理,给出了系统软硬件设计方法。实验结果表明,该检测仪能够精确完成实时测量及1min定时测量两种测量方式,同时具有实时显示、报警、掉电存储、测量数据上传PC机等功能。实际应用结果表明,该检测仪
2、具有使用方便、测量准确、成本低等优点,有广阔的应用前景。关键词:心率;检测仪;压电陶瓷;通信中图分类号:TN990引言2系统硬件电路设计目前检测心率的仪器虽然很多,但是能实现精确2.1传感器及信号处理电路测量、数据上传PC机并且具有声光报警等多种功能传感器及信号处理电路如图2所示。的便携式全数字心率测量装置很少。本文介绍的数字人体心率检测仪可以在人体的手、腕、臂等部位均能准确测量出心跳次数,同时还具有掉电存储、测量数据上传PC机及声光报警等多项功能。1系统组成及工作原理系统组成如图1所示。本设计以单片机为主控芯片,外辅少量硬件电路,完成数据处理、记
3、忆、显示、图2传感器及信号处理电路通信等功能。检测心率脉冲信号的传感器采用压电陶瓷(在压电陶瓷片上安装一海绵垫以传递脉冲信号);将采集到的心率信号经过由CD4069的3个非门组成3级放大电路进行放大,然后通过由R4、R5、C5及R7、R8、C6构成的2级梯形滤波电路进行滤波处理,即可获得图1数字人体心率检测仪原理框图人体心率范围的信号(约在0.66Hz～3.33Hz之间);首先,在系统开机时通过键盘设定系统的工作方再通过由二极管D1、D2和R6构成的检测电路以及由式;然后,将压电陶瓷片检测到的人体心跳信号经过放U1F、U1D、U1E这3个非门构成的
4、整形电路处理后,大、滤波及整形处理后输入给单片机,单片机对测量的就可得到单片机所需要的标准的0～5V脉冲信号。数据进行处理,送显示电路显示,同时通过通信电路将2.2键盘电路测量数据上传PC机;记忆电路主要用来存储测量数键盘电路如图3所示。据,实现掉电存储功能;声光报警电路在测量数据超过正常范围(如大于180次/min或小于45次/min)时进行报警以提醒医生注意。图3键盘电路收稿日期:2005210225;修回日期:2006203202。·77··电子技术应用·电子工程师2006年7月因为I/O口够用,所以4个按键分别接到单片机接口与PC机连接。外
5、围电路非常简单,只需要5个的P1.2、P1.3、P1.4、P1.5上,采用查询方式进行工0.1μF的电容器,具体电路如图6所示。作。K1、K2、K3及K4依次分别完成开始测量、查询、存测量结果及清除记忆数据等操作。2.3显示电路显示电路如图4所示。采用动态显示方式,图中2片74LS373的数据输入端均接在89C51单片机的P0口上,单片机通过P1.0和P1.1给2片74LS373提供片选信号,从而实现分时选择2片74LS373工作,分别图6通信电路传送段码和位码。图中6个数码管,前3个用来显示被测人的序号,后3个用来显示每分钟心跳次数;2.6声光报
6、警电路ULN2803是8反相驱动器,作为位增强驱动器。声光报警电路见图7。由与非门74F00构成2级门控振荡器。其中,U6A和U6B组成低频振荡器,振荡频率约1Hz,R5为下拉电阻,常态下使UC=0V。仅当测量数据在报警范围内时由单片机的P1.6提供一个高电平电路才起振,B0端交替输出的高、低电平经Q1,使发光二极管闪烁发光;U6C和U6D组成音频振荡器,振荡频率约1kHz。仅当BO=1时第2级振荡器才起振,通过达林顿管Q2、输出变压器T驱动扬声器BL发出断续的“嘀、嘀⋯⋯”报警声。图4显示电路2.4记忆存储电路记忆存储电路见图5。存储芯片采用AT
7、24C02。SDA为串行数据输入/输出引脚;SCL为串行同步时钟输入端;A0、A1及A2是片选信号输入端;TEST引脚图7声光报警电路是写保护,接地时表示不保护,测量完心率数据后想要保存时就按一下存储按键K3,单片机就通过P2.1给3软件的设计AT24C02提供合适的时钟,然后将数据存入指定地系统主程序流程图如图8所示。址。当然,控制字、地址和数据是分3次输入的,并且在每段之间要求AT24C02提供给单片机一个应答信号。此外,在读写数据前后要加开始和停止位。图5记忆存储电路2.5通信电路通信电路的功能是将单片机测量的心率数据上传PC机。本电路采用一
8、片MAX232芯片将TTL电平转图8系统程序流程换成PC机所能识别的电平,再通过一个标准的9针·78·第32卷第7期范红刚
