【正文】 以 數(shù) 字 形 式 顯 示 出 來 。目 前 典 型 的 脈 搏 傳 感 器 有 以 下 三 種 ：光 電 類 、壓 阻 類 和 壓 電 類 。 本設(shè) 計 思 路 為 ： 采 用 傳 感 器 ，量 脈 搏 的 跳 動 ，出 微 弱 的 信 號 ，入 放 大 器 中放 大 ；后 通 過 濾 波 器 濾 除 干 擾 信 號 后 ，將 形 整 形 為 方 波 或 脈 沖 信 號 ；后經(jīng) 過 倍 頻 器 增 加 信 號 的 頻 率 ，輸 入 計 數(shù) 器 中 計 數(shù) ，時 通 過 定 時 器 控 制 計數(shù) 的 時 間 ，后 得 出 一 分 鐘 內(nèi) 脈 搏 次 數(shù) 即 為 心 率 。 本 心 率 計 采 用 紅 外 光 學(xué) 檢 測 法 ，摒 棄 了 不 便 于運 動 狀 態(tài) 下 測 量 脈 搏 的 聽 診 器 和 吸 附 在 人 體 上 的 電 極 等 老 式 測 量 方 法 。報 警 的 上 、 下限 及 對 象 選 擇 可 以 通 過 多 路 開 關(guān)調(diào)節(jié) 。 15=4）并用數(shù) 字 顯 示 其 計 算 后 的 值 ， 從 而 得 到 每 分 鐘 的 脈 搏 數(shù) 。 方案驗證 這二 種 方 案 比 較 起 來 ， 第 一 種 方 案 比 較 直 觀 ， 但 精 度 較 低 ， 如 果 計數(shù) 時 間 是 15 秒 最 大 時 誤 差 為 177。 總體方案介紹 本 設(shè) 計 采 用 了 第二 種 方 案 ， 選 用 該 種 方 案 的 原 因 是 電 路 容 易 實 現(xiàn) ，各 部 分 造 價 較 低 ，滿 足 精 度 要 求 。光 電 式 脈搏 傳 感 器 主 要 由 光 源 、 光 敏 器 件 , 以 及 相 應(yīng) 的 信 號 調(diào) 理 控 制 電 路 構(gòu) 成 ，脈搏信 號 主 要 由 動 脈 血 的 充 盈 引 起 , 而血液中 還 原 血 紅 蛋 白 ( Hb) 和氧合血 紅 蛋 白 ( HbO2 ) 含量變 化 將 造 成 透 光 率 的 變 化 , 當(dāng)氧合血 紅 蛋 7 白和還 原 血 紅 蛋 白 對 光 的 吸 收 量 相 等 時 , 透射光 的 強 度 將 主 要 由 動 脈血 管 的 收 縮 和 舒 張 引 起 , 此 時 能 夠 比 較 準(zhǔn) 確 地 反 映 出 脈 搏 信 號 。 本 設(shè) 計 運 用 了 ATMEL 公司的 89C2051 單 片 機 作 核 心 元 件 ，在 這 里 運用 了 單 片 機 能 更 快 更 準(zhǔn) 確 地 對 數(shù) 據(jù) 進 行 運 算 ，而 且 可 根 據(jù) 實 際 情 況 進 行編 程 ，所 用 外 圍 元 件 少 ， 輕 巧 省 電 ，故 障 率 低 。 來 自 傳 感 器 和 整 形 輸出 電 路 的 脈 沖 電 平 輸 入 單 片 機 89C2051 的 腳 ， 單 片 機 設(shè) 為 負 跳 變中 斷 觸 發(fā) 模 式 ，故 每 次 脈 沖 下 降 沿 到 達 時 觸 發(fā) 單 片 機 產(chǎn) 生 中 斷 并 進 行 計時 ；當(dāng) 下 一 次 脈 沖 的 下 降 沿 到 達 時 ，單 片 機 對 兩 次 脈 沖 間 的 時 間 進 行 運算 得 出 心 率 ， 通 過 P1 口 把 結(jié) 果 送 到 數(shù) 碼 管 顯 示 出 來 。 血液波動檢測電路首先通過紅外光電傳感器把血液中波動的成分檢 測 出 來 ，然 后 通 過 電 容 器 耦 合 到 放 大 器 的 輸 入 端 。 8 3 系統(tǒng) 技術(shù)基礎(chǔ) AT89C2051 主要性能 AT89C2051 是 ATMEL 公 司 生 產(chǎn) 的 帶 2K 字 節(jié) 閃 速 可 編 程 可 擦 除 只 讀存儲器 (EEPROM)的 8 位 單 片 機 ,它 具 有 如 下 主 要 特 性 ： （ 1）和 MCS51 產(chǎn) 品 的 兼 容 （ 2） 2K 字 節(jié) 可 重 編 程 閃 速 存 儲 器 （ 3）耐 久 性 ： 1,000 寫 ／ 擦 除 周 期 （ 4） ～ 6V 的 操 作 范 圍 （ 5）全 靜 態(tài) AT89C2051 的結(jié)構(gòu)框圖 AT89C2051 是一帶有 2K 字 節(jié) 閃 速 可 編 程 可 擦 除 只 讀 存 儲 體 (EEPROM)的 低 電 壓 ,高 性 能 8 位 CMOS 微 型 計 算 機 。 圖 31 AT89C2051 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 9 此外 ,從 AT89C2051 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 圖 也 可 看 出 ,其 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 與 8051 內(nèi)部結(jié) 構(gòu) 基 本 一 致 （ 除 模 擬 比 較 器 外 ） ,引腳 RST、 XTAL XTAL2 的 特 性 和外 部 連 接 電 路 也 完 全 與 51 系 列 單 片 機 相 應(yīng) 引 腳 一 致 ,但 P1 口、 P3 口有其獨特 之 處 。 和 要 求 外 部 上 拉 電 阻 。 當(dāng) 引 腳 ～ 用 作 輸 入 并 被 外 部 拉 低 時 ,它們 將 因 內(nèi) 部 的 上 拉 電 阻 而 流 出 電 流 (IIL)。 P3 口 緩 沖 器 可 吸 收 20mA 電 流 。 P3 口 還 接 收 一 些 用于閃速 存 儲 器 編 程 和 程 序 校 驗 的 控 制 信 號 。 2） 按 鍵 復(fù) 位 ： 按 鍵 復(fù) 位 就 是 在 復(fù) 位 電 容 上 并 聯(lián) 一 個 開 關(guān) ， 當(dāng) 開關(guān)按 下 時 電 容 被 放 電 、 RST 也 被 拉 到 高 電 平 ，而 且 由 于 電 容 的 充 電 ， 會 保持一段 時 間 的 高 電 平 來 使 單 片 機 復(fù) 位 。 12M） =1us。 由于 89C2051 內(nèi) 部 程 序 存 貯 器 為 Flash，所 以 修 改 它 內(nèi) 部 的 程 序 十分方便 快 捷 ， 只 要 配 備 一 個 可 以 編 程 89C2051 的 編 程 器 即 可 。用 光 電 法 提 取 指 尖 脈 搏 光 信 息 受 到 了 從 事 生 物 醫(yī) 學(xué) 儀 器 工 作的專家 和 學(xué) 者 的 重 視 。 根據(jù)朗伯比爾 (Lamber Beer) 定律 , 物質(zhì)在一定波長處的吸光度和 他 的 濃 度 成 正 比 。 從 光 源 發(fā) 出 的 光 除 被 手 指 組 織 吸 收 以 外 , 一 部 分 由 血 液 漫 反 射 返回 。本 文 討 論 的 是 透 射 式 脈 搏 傳 感 器 , 側(cè) 重 于 脈搏信號 的 測 量 。本 系 統(tǒng) 設(shè) 計 了 指 套 式 的 透 射 型 光 電 傳 感 器 , 實現(xiàn)了光電 隔 離 ,減 少 了 對 后 級 模 擬 電 路 的 干 擾 。 14 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 22 A pr 20 06 S he e t of F i l e : D : \ D E S I G N E X P L O R E R 99 S E \ E X A M P L E S \ M y D e s i gn .dd bD r a w n B y :V C CR333KR233KR4150KR5470KR0100C147uFC2 1u FI C 1AT L C 22 62I C 2BT L C 22 62V C CI M DI R 33 3I R DP B W 83Vi 圖 42 信號拾取器圖 紅 外 接 收 二 極 管 在 紅 外 光 的 照 射 下 能 產(chǎn) 生 電 能 ，單 個 二 極 管 能 產(chǎn) 生 V 電壓， mA 電 流 。 R0 過 大 ， 通 過 紅 外 發(fā) 射二 極 管 的 電 流 偏 小 ， BPW83 型 紅 外 接 收 二 極 管 無 法 區(qū) 別 有 脈 搏 和 無 脈 搏時 的 信 號 。雖 然 手 指 遮 擋 了 紅 外 發(fā) 射 二 極 管 發(fā) 射 的 紅 外 光 ，但 是 ，由 于紅 外 接 收 二 極 管 中 存 在 暗 電 流 ，仍 有 lμ A 的 暗 電 流 會 造 成 Vi 電 位 略 低于 。 所 拾取的信 號 為 2μ V 左 右 的 電 壓 信 號 。需 要 說 明 的 是 ，以 上 分 析 是 在 忽 略 C03 的 條 件 下 做 出 的 ，如 果 考 慮 C03的話， 那 么 ： 1111)()(0406030404061 ????? sCRCCsCRSVSV S 由此可 見 ， C03 沒 有 影 響 頻 率 特 性 的 分 析 ， 它 的 作 用 只 是 隔 直 。 所 以 將 比 較 器 的 閾 值 電 壓 設(shè) 計 成 V， 以 確 保 濾 除 干 擾 信 號 。 D Dl 和 T3 等 組 成 一 個 或 非 門 ，只 有 C，E 兩 點 均 為 低 電 平 時 ，信 號 放 大 器 整 機 輸 出 才 是 高 電 平 。 17 VCCR 2 22 0 kR 2 32 2 kR 2 41kR 2 54 7 0R 2 41 4 . 7 kR 1 31MR 2 61 0 kC 2 10 .0 1 u FC 2 00 .1 u FD14 1 4 8D34 1 4 8D24 1 4 8C71uFT39 0 1 4RC2CX1+T4T5R3Q6Q7I C 3 A4 5 2 8RC2CX1+T4T5R3Q6Q7I C 3 B4 5 2 8BVCCVCCVCCCED記數(shù)脈沖 圖 45 波形整形線路 圖 顯示器設(shè)計 經(jīng) 過 譯 碼 器 譯 碼 ，輸 出 信 號 為 七 段 顯 示 代 碼 ，輸 入 到 七 段 數(shù) 碼 顯 示 管 中即 可 實 現(xiàn) 顯 示 功 能 。 在 計 數(shù) 器 中 ， 有 DS1,DS2,DS3 三個 控 制 個 位 十 位 和 百 位 的 輸 出 端 口 ，通 過 這 三 個 輸 出 口 的 輸 出 信 號 控 制三極管 開 關(guān) 的 導(dǎo) 通 與 斷 開 即 可 實 現(xiàn) 三 個 BS201A 依 次 顯 示 各 位 十 位 和 百位。由 于 手 指 放 在 光 的 傳 遞路 徑 中 ，血 管 中 血 液 飽 和 程 度 的 變 化 將 引 起 光 的 強 度 發(fā) 生 變 化 ，因 此 和心 跳 的 節(jié) 拍 相 對 應(yīng) ，紅 外 接 收 二 極 管 的 電 流 也 跟 著 改 變 ，這 就 導(dǎo) 致 紅 外接收二 極 管 輸 出 脈 沖 信 號 。 單 片 機 電 路 對 輸入的 脈 沖 信 號 進 行 計 算 處 理 后 把 結(jié) 果 送 到 數(shù) 碼 管 顯 示 。 口作數(shù)碼顯 示 七 段 筆 劃 字 形 碼 的 輸 出 ， 用 以 驅(qū) 動 數(shù) 碼 管 的 各 字 段 。 為 避 免 干 擾 的 影 響 ， 單 片 機 對 兩 個 脈 沖 之 間 的 時 間 間 距 進 行 檢 測 ，若發(fā)現(xiàn) 有 干 擾 則 忽 略 該 干 擾 而 不 顯 示 。 主 程 序 主 要 完 成 程 序 的 初始 化 。 主程序流程圖 心 率 測 量 程 序 設(shè) 計 由 兩 部 分 構(gòu) 成 ， 前 半 段 實 現(xiàn) 初 始 化 ， 報 考 定 時 器 /計數(shù) 器 的 初 始 化 、設(shè) 置 堆 棧 指 針 以 及 開 中 斷 等 。定 時 中 斷 服 務(wù) 程 序 由 計 時 、計 數(shù) 、無 效 測 試 信 號 判 斷 等 部 分組成。 本 部 分 運 用 了 ATMEL 公 司 的 89C2051 單 片 機 作 核 心元 件 ，在 這 里 運 用 了 單 片 機 能 更 快 更 準(zhǔn) 確 地 對 數(shù) 據(jù) 進 行 運 算 ，而 且 可 根據(jù)實際 情 況 進 行 編 程 ， 所 用 外 圍 元 件 少 ， 輕 巧 省 電 ， 故 障 率 低 。同 時 ，對 每 次 脈 沖 的 到 來 均 響 鈴 ，與 脈 搏 同 步 。 數(shù)碼管 DS1~DS VT1~VT R12~R21 等 組 成 數(shù) 碼 顯 示 電 路 。 可 變 電 阻RP1 用來 調(diào) 整 施 密 特 觸 發(fā) 器 的 閥 值 電 壓 ， 從 而 調(diào) 整 電 路 的 靈 敏 度 。 18 整體電路 電路由 傳 感 器 電 路 、 信 號 放 大 和 整 形 電 路 、 單 片 機 電 路 、 數(shù) 碼 顯 示電 路 等 部 分 組 成 。 BS201A 的 數(shù) 碼管 有 輸 出 位 ，將 其 接 地 。 R23 和 C21 充 電 時 間 的 長 短 決 定 了 計數(shù)脈沖 的 寬 度 ， 一 般 不 希 望 它 太 寬 。 R 1 61 0 kR 1 61 0 kR 1 23 9 kR43 9 kC60 .1 u F321411I C 2 B 321411I C 2 CT L C22 6 4V C CR P 1 15 0 0 kR P 1 2