智能人體心率檢測裝置的設計

　　0 引 言

　　心率是人體中一個(gè)非常重要的生命信息，而傳統的脈診由于其定性化和主觀(guān)性影響了心率測試的精度，成為中醫脈診應用、發(fā)展和交流中的制約因素。為了提高對此類(lèi)生物醫學(xué)信號的測試精度，必須結合現代科學(xué)技術(shù)。目前用于檢測心率的儀器很多，常見(jiàn)的有基于壓力傳感器、光電傳感器、電容傳感器和電聲傳感器等類(lèi)型的測試裝置，但是對脈搏測試部位的選擇沒(méi)有太大區別，對于能在指端進(jìn)行脈搏精確測量的儀器還是比較少。這里介紹的智能人體心率檢測裝置可以實(shí)現人體指端的無(wú)創(chuàng )測量，測試過(guò)程簡(jiǎn)單，能精確測量出心跳次數，實(shí)現數據顯示和上、下限報警功能。

　　1 裝置組成及工作原理

　　系統組成如圖1所示。此設計以單片機AT89C2051為核心，由光電傳感器采集脈搏信號，經(jīng)過(guò)前置放大電路、濾波電路、積分和比較電路后得到與脈搏相關(guān)的脈沖信號，該脈沖信號作為中斷信號交由單片機進(jìn)行脈沖周期的計算。然后得出每分鐘的脈搏搏動(dòng)次數(即心率)，并在數碼管上顯示心率，同時(shí)利用軟件實(shí)現上下限報警功能，在測量數據超過(guò)正常范圍(如大于180次/min或小于45次/min)時(shí)進(jìn)行報警以提醒醫生注意。

　　2 裝置硬件電路設計

　　2.1 傳感器及信號處理電路

　　由于在人體指尖組織中的動(dòng)脈成分含量高，而且指尖厚度相對其他人體組織而言比較薄，透過(guò)手指后檢測到.的光強相對較大，因此光電式脈搏傳感器的測量部位在人體指尖。將一對紅外發(fā)射與接收探頭置于手指兩側，當動(dòng)脈血管隨心臟周期性的收縮和舒張，動(dòng)脈血管的血液容積隨之發(fā)生變化時(shí)，紅外接收探頭便接收到隨心臟周期性地收縮和舒張的動(dòng)脈搏動(dòng)光脈沖信號，從而采集到心臟搏動(dòng)信號。

　　檢測心率的傳感器采用紅外對管HRl068C一05Y2和PT331C。由于從人體手指采集到的生理信號十分微弱，其幅度一般在微伏到毫伏的數量級范圍，而且在測試過(guò)程中由于肢體動(dòng)作以及較強的工頻干擾而產(chǎn)生大量的噪聲。同時(shí)要將采集到的脈搏信號經(jīng)過(guò)前置級放大電路進(jìn)行高倍放大，這就要求電路具有高增益和高共模抑制比，至少在80 dB以上，即集成運放要有很高的共模抑制比和極低的零漂等，所選的電阻參數要盡量精確。放大電路由電阻網(wǎng)絡(luò )和OP07組成，傳感器及前置放大電路如圖2所示。