【正文】 block中。 下位機(jī)顯示界面 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 為了降低整體功耗，主控芯片STM32L151采用定時(shí)喚醒工作方式。 使用C語言搭建了上位機(jī)顯示模塊，可以將SD卡中存儲(chǔ)的波形文件讀入計(jì)算機(jī)并顯示波形，同時(shí)利用現(xiàn)有算法文件直接對(duì)脈搏波形計(jì)算心率。 SD卡接口電路本系統(tǒng)采用SPI接口來完成對(duì)SD卡的操作。由于脈搏傳感器輸出的是低壓模擬信號(hào)，同時(shí)使用在人體需要一定的長度，所以為了保證信號(hào)盡量少受干擾，采用了帶有屏蔽的音頻線來傳輸脈搏信號(hào)。同時(shí)利用一個(gè)三極管來控制USB接口電路的使能，可以有效控制系統(tǒng)的功耗。 USB接口電路USB接口是一種可以熱插拔的通信接口，方便隨時(shí)使用，但是在插拔過程中容易產(chǎn)生電路上的瞬間沖擊，從而損壞單片機(jī)的USB接口。因此，這種變化已被 “使用方便”的想法改進(jìn)。這種變化很難保持在高頻時(shí)的良好PSRR（由于開關(guān)噪聲作用于管腳，使得系統(tǒng)的PSRR降低）?？烧{(diào)版本LDO器件也有帶隙基準(zhǔn)，直接連接到輸出。放大器可保證在上電或通過EN管腳使能時(shí)不產(chǎn)生過沖。LDO有一個(gè)2級(jí)放大器，可處理極寬的負(fù)載范圍（10uA～300mA），并保證器件可在1uF的陶瓷負(fù)載電容下穩(wěn)定工作。SP6200的電流限制在140mA以內(nèi)，而SP6201的電流限制在420mA以內(nèi)。還有一種輸出電壓可調(diào)的器件版本，內(nèi)部提供電流限制和過熱保護(hù)，并可進(jìn)行良好的控制。所有版本的器件都提供使能的特性。SP6200和SP6201良好的負(fù)載調(diào)節(jié)特性和溫度的穩(wěn)定性可與雙極性LDO相媲美。它們有極好的低頻PSRR，這是其它CMOS LDO不具備的，可對(duì)產(chǎn)生的異常進(jìn)行線性調(diào)整。它們提供極低的靜態(tài)電流，靜態(tài)電流只有在帶負(fù)載的情況下才會(huì)稍微有所上升，這為雙極型LDO的地電流操作提供了便利。器件不能長時(shí)間工作在絕對(duì)最大額定值條件下，否則會(huì)影響其可靠性。所有輸出電壓固定的版本都提供一個(gè)VOUT良好指示器。所有的版本都提供使能的特性。高頻PSRR比高達(dá)400KHz的40dB更好。SP6200和SP6201 LDO器件可處理極寬的負(fù)載范圍，在1uF的輸出陶瓷電容下仍可穩(wěn)定工作。 有些電池在存放的過程中可能因?yàn)榉盘没虿徽５脑驅(qū)е码妷旱偷?V，故保護(hù)IC需要在0V時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)充電 電源穩(wěn)壓電路（2）電源穩(wěn)壓電路微功耗，100mA和200mA CMOS LDO調(diào)節(jié)器－6201小型DFN封裝（2mm3mm）低壓差：160mV 100mA 高輸出電壓精確度：2﹪ 極低的關(guān)斷電流：最大為1uA 極低的GND電流：200uA 200mA負(fù)載 、28uA 100uA負(fù)載 極好的負(fù)載和線性調(diào)節(jié)電流和發(fā)熱限制復(fù)位輸出（VOUT良好）邏輯控制的電子使能1uF的陶瓷電容可保持器件無條件穩(wěn)定工作固定的輸出： 5V, , , , , , , , 5V 輸出電壓可調(diào)節(jié) 應(yīng)用移動(dòng)電話筆記本/掌上電腦電池供電的設(shè)備消費(fèi)者/個(gè)人電子產(chǎn)品SMPS后置調(diào)節(jié)器DCtoDC模塊醫(yī)療器材數(shù)據(jù)電纜尋呼機(jī) SP6201是CMOS LDO器件，適用于要求高精度、快速操作和方便使用的應(yīng)用。電池包與充電器連接時(shí)瞬間會(huì)有高壓產(chǎn)生，因此保護(hù)IC應(yīng)滿足耐高壓的要求。過電流的檢測(cè)是以功率MOSFET的Rds(on)為感應(yīng)阻抗，以監(jiān)視其電壓的下降，此時(shí)的電壓若比過電流檢測(cè)電 壓還高時(shí)即停止放電。／短路保護(hù)需有低檢測(cè)電壓及高精密度的要求。為防止過度放電，保護(hù)IC必須檢測(cè)電池電壓，一旦達(dá)到過度放電檢測(cè)電壓以下，就得使放電一方的功率MOSFET切斷而截止放電。 隨著使用時(shí)間的增加，已充過電的鋰離子電池電壓會(huì)逐漸降低，最后低到規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)值以下，此時(shí)就需要再度充電。此時(shí)應(yīng)注意的是過度充電的檢測(cè)電壓的高精密度化，在電池充電時(shí)，使電池充電到飽滿的狀態(tài)是使用者很關(guān)心的問題，同時(shí)兼顧 到安全性問題，因此需要在達(dá)到容許電壓時(shí)截止充電狀態(tài)。為防止因溫度上升所導(dǎo)致的內(nèi)壓上升，須截止充電狀態(tài)。以減少保護(hù)電路組件尺寸。在過度充電保護(hù)之后，只要充電器連接在電池包上，此時(shí)將進(jìn)入過充鎖定模式。這種狀態(tài)的安全性問題將無法獲得有效解決，鋰電池將一直重復(fù)著充電→放電→充電→放電的動(dòng)作，功率MOSFET的柵極將反復(fù)地處于高低電壓交替狀態(tài)，這樣可能會(huì)使MOSFET變熱，還會(huì)降低電池壽命，因此鎖定模式很重要。當(dāng)連接充電器進(jìn)行充電時(shí)突然產(chǎn)生過電流（如充電器損壞），電路立即進(jìn)行過電流檢測(cè)，此時(shí)Cout將由高轉(zhuǎn)為低，功率MOSFET由開轉(zhuǎn)為切斷，實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。三、過電流及短路電流因?yàn)椴幻髟颍ǚ烹姇r(shí)或正負(fù)極遭金屬物誤觸）造成過電流或短路，為確保安全，必須使其立即停止放電。二、過度充電保護(hù)過度充電保護(hù)IC的原理為：當(dāng)外部充電器對(duì)鋰電池充電時(shí)，為防止因溫度上升所導(dǎo)致的內(nèi)壓上升，需終止充電狀態(tài)。當(dāng)鋰電池接上充電器，且此時(shí)鋰電池電壓高于過度放電電壓時(shí)，過度放電保護(hù)功能方可解除。采用鋰電池保護(hù)IC可以避免過度放電現(xiàn)象產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)電池保護(hù)功能。鋰離子電池的保護(hù)電路是由保護(hù)IC及兩顆功率MOSFET所構(gòu)成，其中保護(hù)IC監(jiān)視電池電壓，當(dāng)有過度充電及放電狀態(tài)時(shí)切換到以外掛的功率MOSFET來保護(hù)電池，保護(hù)IC的功能有過度充電保護(hù)、過度放電保護(hù)和過電流／短路保護(hù)。在過度充電狀態(tài)下，電池溫度上升后能量將過剩，于是電解液分解而產(chǎn)生氣體，因內(nèi)壓上升而產(chǎn)生自燃或 破裂的危險(xiǎn)；反之，在過度放電狀態(tài)下，電解液因分解導(dǎo)致電池特性及耐久性劣化，因而降低可充電次數(shù)。針對(duì)鋰電池的過充、過度放電、過 電流及短路保護(hù)很重要，所以通常都會(huì)在電池包內(nèi)設(shè)計(jì)保護(hù)線路用以保護(hù)鋰電池。 鋰電池充電和保護(hù)電路（1）鋰電池保護(hù)電路近年來，PDA、數(shù)字相機(jī)、手機(jī)、可攜式音訊設(shè)備和藍(lán)芽設(shè)備等越來越多的產(chǎn)品采用鋰電池作為主要電源。 主控單元主要是STM32L151單片機(jī)的最小系統(tǒng)，完成對(duì)脈搏模擬信號(hào)的采集量化，并將脈搏數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在SD卡中。需要通過喚醒引腳來喚醒。RTC可以保持運(yùn)行或停止?fàn)顟B(tài)(取決于2種不同的待機(jī)模式)。維持SRAM和備份寄存器的內(nèi)容。RTC可以保持運(yùn)行或停止?fàn)顟B(tài)(取決于2種不同的停止模式)。當(dāng)只有一個(gè)定時(shí)器保持運(yùn)行時(shí)。CPU由低速振蕩器驅(qū)動(dòng)(RTC或內(nèi)部振蕩器)，執(zhí)行RAM中的代碼。C至+85176。穩(wěn)壓器不依賴電源電壓即可滿足電流要求?？蛻艨梢愿鶕?jù)自己的算法和應(yīng)用需要在不同模式之間切換，達(dá)到一個(gè)低功耗的狀態(tài)。通過六個(gè)超低功耗模式，STM32L系列產(chǎn)品能夠在任何設(shè)定時(shí)間以最低的功耗完成任務(wù)。市場(chǎng)上大部分的低耗技術(shù)大多是關(guān)閉無用元件電源和休眠模式，STM32L的EnergyLite?技術(shù)不僅如此還能夠在工作模式下節(jié)約能源，從而幫助設(shè)計(jì)者達(dá)到各種能效目標(biāo)，能夠更容易的達(dá)到國際高能效電源推廣計(jì)劃以及各種待機(jī)能耗限制。于2009年底ST宣布STM32L超低消耗微控制器正式投入市場(chǎng)，為了能夠最大限度降低了各種工作模式的功能消耗使用現(xiàn)在最為先進(jìn)的EnergyLite?技術(shù)。其中32位的STM32L微控制器系列基于CortexM3內(nèi)核，從功能、性能、封裝管腳數(shù)目和存儲(chǔ)器容量等方面極大豐富了超低功耗產(chǎn)品線。STM8L和STM32L為低功耗應(yīng)用供給特別的性能，例如優(yōu)化的動(dòng)態(tài)運(yùn)行功耗、先進(jìn)的超低功耗模式以及特殊的安全性能。為了滿足這樣的市場(chǎng)需求，意法半導(dǎo)體開發(fā)了超低功耗的微控制器平臺(tái)。綠色能源技術(shù)的發(fā)展、電池供電產(chǎn)品的需求增長、新的國家和國際的低功耗標(biāo)準(zhǔn)推出，以及善待環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)。測(cè)量腔入口連有遮光指套，指套口有適合的松緊帶來適應(yīng)各種粗細(xì)的手指。通電后，pulse sensor上的LED發(fā)出綠光，電腦屏幕上的脈搏波形剛開始還是很凌亂的，等待arduino采集數(shù)據(jù)一段時(shí)間后就會(huì)有相應(yīng)的脈搏波形顯示出來，同時(shí)arduino板上的LED燈也會(huì)隨著佩戴者的每一次心跳而閃爍。該傳感器只有三根線，電源、地和信號(hào)線，信號(hào)線輸出模擬信號(hào)，利用相應(yīng)的Arduino下位機(jī)程序和Processing上位機(jī)程序，可以方便的顯示脈搏波形，可以直接拿來做演示實(shí)驗(yàn)或者開發(fā)原型，而且這種傳感器也使用方便感器緊貼手指指肚，再用綁帶纏繞，做到傳感器和皮膚緊密接觸即可。由于光電容積法比較容易實(shí)現(xiàn)，所以經(jīng)過查找發(fā)現(xiàn)了一款開源的心率傳感器pulse sensor。當(dāng)光束透過人體外周血管，由于動(dòng)脈搏動(dòng)充血容積變化導(dǎo)致這束光的透光率發(fā)生改變，此時(shí)由光電變換器接收經(jīng)人體組織反射的光線，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)并將其放大和輸出。其使用的傳感器由光源和光電變換器兩部分組成，通過綁帶或夾子固定在病人的手指或耳垂上。 人體指尖還原蛋白與氧化蛋白光吸收率示意圖。一般情況下，當(dāng)光子穿越介質(zhì)時(shí)，因能量被吸收而導(dǎo)致的強(qiáng)度衰減可描述為： 為入射光強(qiáng)，是與組織結(jié)構(gòu)相關(guān)的吸收系數(shù)，是沿光軸的坐標(biāo)長度。 人體手指吸光度的變化的示意圖 根據(jù)郎伯比爾（Lambert－beer）定律,物質(zhì)在一定波長處的吸光度和它的濃度成正比，當(dāng)恒定波長的光照射到人體組織上時(shí),通過人體組織吸收、反射、衰減后測(cè)量到的光強(qiáng)在一定程度上反映了被照射部位組織的結(jié)構(gòu)特征。下面我們將以指尖為例。也就是說每當(dāng)心臟的跳動(dòng)導(dǎo)致某處動(dòng)脈中的血液濃度的變化時(shí)會(huì)導(dǎo)致該處組織的吸光度發(fā)生變化。而所謂的光電容積法脈搏測(cè)量的本質(zhì)就是使用光電式脈搏傳感器來檢測(cè)和獲得脈搏信息。，血液流動(dòng)的變化會(huì)導(dǎo)致的人體阻抗發(fā)生變化從中推算出脈搏。，血液流動(dòng)的變化從手指頭或耳垂等透光度較高的部中測(cè)量出光通量的變化得到心率。，心臟周圍的組織和體液導(dǎo)電所產(chǎn)生的心電信號(hào)用心電圖記錄下來，隨即從RR心電間期中提取心率。 脈搏測(cè)量模塊脈搏測(cè)量模塊這部分主要的問題是如何測(cè)量和處理脈搏信號(hào)。處理顯示模塊主要完成對(duì)脈搏信號(hào)的作圖顯示和自動(dòng)測(cè)量RR間期并保存的作用。系統(tǒng)的前兩部分——脈搏測(cè)量模塊和采集記錄模塊統(tǒng)一采用低功耗嵌入式技術(shù)完成，并采用電池供電。采集記錄模塊主要完成對(duì)上一級(jí)輸出信號(hào)的采樣量化和對(duì)后一級(jí)傳輸數(shù)字信號(hào)的作用。其示意圖如下： 整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)脈搏測(cè)量模塊主要完成對(duì)手指端脈搏信號(hào)的提取和放大的作用。，完成SD卡中心率波形的讀取、顯示和分析工作。，使用嵌入式文件系統(tǒng)FATFS完成心率數(shù)據(jù)在SD卡上的存儲(chǔ)。當(dāng)光束透過人體外周血管，由于動(dòng)脈搏動(dòng)充血容積變化導(dǎo)致這束光的透光率發(fā)生改變，此時(shí)由光電變換器接收經(jīng)人體組織反射的光線，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)并將其放大和輸出。其使用的傳感器由光源和光電變換器兩部分組成，通過綁帶或夾子固定在病人的手指或耳垂上。而光電容積法脈搏測(cè)量作為監(jiān)護(hù)測(cè)量中最普遍的方法之一，其具有方法簡(jiǎn)單、佩戴方便、可靠性高等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的脈搏測(cè)量方法主要有三種：一是從心電信號(hào)中提??；二是從測(cè)量血壓時(shí)壓力傳感器測(cè)到的波動(dòng)來計(jì)算脈率；三是光電容積法。通過光電式脈搏傳感器所研制的脈搏測(cè)量儀