台阶指数测试仪的设计

　　1引言

　　随着我国体育事业的发展和全民健身的开展，人们对自身身体机能和健康状况愈来愈重视，和全民健身运动相配套的一些测试设备的研制相应提高到重要日程上来。测量身体机能的方法很多，各方法精确度和方便性也不尽相同。台阶实验便是其中的一种，也是全民健身运动一个普遍开展的内容。所谓台阶实验是指运动者在规定的180秒时间内上下台阶达到一定的运动强度后，休息一分钟，在随后的2分半钟时间内分三次采集运动者的心率数。每次采集半分钟休息半分钟，而后将三次心率加总，按下面的计算公式计算台阶实验指数来衡量一个人的心脏功能及身体素质。

　　过去是人工掐表侧量计算，极费事且误差大。因此研制一种能自动测量和计算的电子台阶实验仪器是全民健身运动的迫切需要。为此，我们设计出了一套以单片机为核心的、外加滤波整形电路，采用红外传感器测量手指脉搏的台阶指数测试仪。

　　2测试仪的总体设计

　　目前国内还有几家研究所在研制类似的设备，但设计出的样品在实际使用中都存在着很大的缺欠。如，信号检测易受干扰;对被测者要求高，在测量时不允许被测者有任何动作，否则偏差很大;有的采用耳脉方式，不方便等等。

　　设计中需要解决的难题是如何实现准确的心跳检测而不受干扰的影响。针对此难题和同类样品的缺陷，我们在研制设计时，做了大量的实验，分析和观察干扰产生的原因及其特点。经过不断的摸索纠正，最后在样机中采用了光电检测技术、有源带通滤波技术、数字滤波技术、预测基准技术、窗口定标等手段，使得干扰得到了明显的消除。设计中采用了两个滤波器，一个硬件有源带通滤波器(l一4H:左右)，另一个软件滤波器，用于滤除频率为1一4H:内的非心跳干扰信号。

　　设计电路总体框图如图1所示。总体设计分为两大部分，一是以心跳信号放大电路为核心的实现信号检测、滤波、放大、整形的硬件电路部分;二是以单片机89C51为核心的单片机电路及软件设计部分。

　　3硬件电路

　　1)、心跳信号检测传感器

　　因压力传感器易引入千扰、心电感应使用不灵便，我们采用了红外检测方式，它以手指指尖血流变化作为检测对象。传感器中由红外发光二极管发送红外光，光敏二极管接收。当血液流经时，吸收掉一部分红外光使透光度降低，光敏二极管接收到的光变弱，产生的电信号相应降低:而血液流过后，使透光度升高，光敏二极管接收到的光变强，产生的电信号升高。这样，血液的连续变化就被转化成了一个连续波动的电信号。检测电路输出电压幅值约为零点几毫伏。