0 引言
目前檢測(cè)心率的儀器雖然很多,，但是能實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量,、數(shù)據(jù)上傳PC機(jī)并且具有聲光報(bào)警等多種功能的便攜式全數(shù)字心率測(cè)量裝置很少,。本文介紹的數(shù)字人體心率檢測(cè)儀可以在人體的手、腕,、臂等部位均能準(zhǔn)確測(cè)量出心跳次數(shù),，同時(shí)還具有掉電存儲(chǔ)、測(cè)量數(shù)據(jù)上傳PC機(jī)及聲光報(bào)警等多項(xiàng)功能,。
1 系統(tǒng)組成及工作原理
系統(tǒng)組成如圖1所示,，本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為主控信號(hào)，外輔少量硬件電路,，完成數(shù)據(jù)處理,、記憶、顯示,、通信等功能,。
首先，在系統(tǒng)開(kāi)機(jī)時(shí)通過(guò)鍵盤設(shè)定系統(tǒng)的工作方式,，然后,，將壓電陶瓷片檢測(cè)到人體心跳信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、濾波及整形處理后輸入給單片機(jī),，單片機(jī)對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,，送顯示電路顯示，同時(shí)通過(guò)通信電路將測(cè)量數(shù)據(jù)上傳PC機(jī),，記憶電路主要用來(lái)存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù),，實(shí)現(xiàn)掉電存儲(chǔ)功能，聲光報(bào)警電路在測(cè)量數(shù)據(jù)超過(guò)正常范圍（如大于180次/min或小于45次/min）時(shí)進(jìn)行報(bào)警以提醒醫(yī)生注意,。
2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
2.1 傳感器及信號(hào)處理電路
傳感器及信號(hào)處理電路如圖2所示。
檢測(cè)心率脈沖信號(hào)的傳感器采用壓電陶瓷（在壓電陶瓷片上安裝一海面墊以傳遞脈沖信號(hào)）,；將采集到的心率信號(hào)經(jīng)過(guò)由CD4069的3個(gè)非門組成3級(jí)放大電路進(jìn)行放大,，然后通過(guò)由R4、R5,、C5及R7,、R8、C6構(gòu)成的2級(jí)梯形濾波電路進(jìn)行濾波處理,，即可獲得人體心率范圍的信號(hào)（約在0.66Hz-3.33Hz之間）,；再通過(guò)由二極管D1、D2和R6構(gòu)成的檢測(cè)電路以及由U1F,、U1D,、U1E這3個(gè)非門構(gòu)成的整形電路處理后，就可得到單片機(jī)所需要的標(biāo)準(zhǔn)的0-5V脈沖信號(hào),。
2.2 鍵盤電路
鍵盤電路如圖3所示,。
因?yàn)镮/O夠用,，所以4個(gè)按鍵分別接到單片機(jī)的P1.2、P1.3,、P1.4,、P1.5上，采用查詢方式進(jìn)行工作,，K1,、K2、K3及K4依次分別完成開(kāi)始測(cè)量,、查詢,、存測(cè)量結(jié)構(gòu)及清除記憶數(shù)據(jù)等操作。
2.3 顯示電路
顯示電路如圖4所示,，采用動(dòng)態(tài)顯示方式,，圖中2片74LS373的數(shù)據(jù)輸入端均接在89C51單片機(jī)的P0口上，單片機(jī)通過(guò)P1.0和P1.3給2片74LS373提供片選信號(hào),，從而實(shí)現(xiàn)分時(shí)選擇2片74LS373工作,，分別傳送段碼和位碼。圖中6個(gè)數(shù)碼管,，前3個(gè)用來(lái)顯示被測(cè)人的序號(hào),，后3個(gè)用來(lái)顯示每分鐘心跳次數(shù)；ULN2803是8反相驅(qū)動(dòng)器,，作為位增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)器,。
2.4 記憶存儲(chǔ)電路
記憶存儲(chǔ)電路見(jiàn)圖5。存儲(chǔ)芯片采用AT24C02,。SDA為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳,，SCL為串行同步時(shí)鐘輸入端；A0,、A1及A2是片選信號(hào)輸入端,，TEST引腳是寫保護(hù)，接地時(shí)表示不保護(hù),，測(cè)量完心率數(shù)據(jù)后想要保存時(shí)就按一下存儲(chǔ)按鍵K3,，單片機(jī)就通過(guò)P2.1給AT24C02提供合適的時(shí)鐘，然后將數(shù)據(jù)存入指定地址,。當(dāng)然,，控制字、地址和數(shù)據(jù)是分3次輸入的,，并且在每段之間要求AT24C02提供給單片機(jī)一個(gè)應(yīng)答信號(hào),，此外，在讀寫數(shù)據(jù)前后要加開(kāi)始和停止位,。
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2.5 通信電路
通信電路的功能是將單片機(jī)測(cè)量的心率數(shù)據(jù)上傳PC機(jī),。本電路采用一片MAX232芯片將TTL電平轉(zhuǎn)換成PC機(jī)所能識(shí)別的電平,，再通過(guò)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的9針接口與PC機(jī)連接，外圍電路豐富簡(jiǎn)單,，只需要5個(gè)0.1μF的電容器,，具體電路如圖6所示。
2.6 聲光報(bào)警電路
聲光報(bào)警電路見(jiàn)圖7,。由與非門74F00構(gòu)成2級(jí)門控振蕩器,。其中，U6A和U6B組成低頻振蕩器,，振蕩頻率約1Hz,，R5為下拉電阻，常態(tài)下使Uc=0V,。僅當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)在報(bào)警范圍內(nèi)時(shí)由單片機(jī)的P1.6提供一個(gè)高電平電路才起振,，B0端交替輸出的高、低電平經(jīng)Q1,，使發(fā)光二極管閃爍發(fā)光,，U6C和U6D組成音頻振蕩器，振蕩頻率約1KHz,，僅當(dāng)B0=1時(shí)第2級(jí)振蕩器才起振,，通過(guò)達(dá)林頓管Q2、輸出變壓器T驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器BL發(fā)出斷續(xù)的"嘀,、嘀……"報(bào)警聲,。
3 軟件的設(shè)計(jì)
系統(tǒng)主程序流程圖如圖8所示。
主要有顯示驅(qū)動(dòng)程序,、按鍵處理程序,、INT0中斷服務(wù)程序、AT24C02驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)程序,、串口通信程序等,。
4 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)實(shí)際設(shè)計(jì)制作，并與市場(chǎng)現(xiàn)有心率檢測(cè)儀相對(duì)比,，結(jié)果表明本設(shè)計(jì)具有體積小、重量輕,、成本低,、使用方便、測(cè)量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn),，有較好的應(yīng)用前景,。