基于单片机和自相关计算的胎心监测仪的实现

监测胎儿心率是保障胎儿正常发育，实现优生优育的一个重要手段。本文介绍了以AT89C.51单片机为核心部件，以自相关算法处理数据为技术关键的超声多普勒胎心监测仪的实现方案。该方案山两片单片机分别担任取样和自相关计算的任务，很好地解决了低档单片机运行速度不够的问题，这也是所述方案的一个重要特点。

1.引言

    胎儿心率是评判胎儿状况的重要信息，正常胎儿的心跳速率人约为每分钟120次一160次当胎儿的心跳速率低于每分钟99次或人于每分钟180次，就属于心率异常出现胎儿心率异常的原因人多数是山于胎儿缺血、缺氧造成的，严重的胎儿缺血、缺氧会导致出生缺陷，出生缺陷日前已成为影响我国人口质量的一个严重问题因此要实现优生优育，提高我国的人口质量，应该密切关注胎儿心率的变化情况

    随着现代电子技术的不断发展，采用超声多普勒原理的胎心检查已经普及在为孕妇进行一般常规检查时多采用多普勒胎心{if测仪，用于检查胎儿心率是否正常这种产品操作简单、使用方便，价格比较便宜，不但占据着一定的医疗市场，甚至还有进一步走入家庭的趋势，特别是在我国的一些县、乡、镇医院，多普勒胎心{}f测仪有着广泛的应用 。

目前一些厂家所生产的胎心监测仪多采用放大、整形、计数的方法对超声探头的所接收的信号进行处理，或在放大、整形的基础上进行数字滤波，将高频部分滤除，得到包含胎儿心跳信息的低频部分，通过低频信号频率，计算出胎心率。这种基于模拟和数字滤波的方法有某些优点，但是这些方法存在从含有噪声的信号中提取信息的能力不够强的问题，因而导致测量的精度不理想。本文提出了一种基于单片机和自相关计算的超声多普勒胎心监测仪设计方案，并可将测得结果通过数码管显示，极大方便了用户的使用。

信号的自相关函数是指信号与其延时信号的相似性，它是一个时间函数，无论是随机信号还是周期性信号，其自相关函数不仅与波形有关，而且还与其频率有关。利用自相关函数可从噪声中恢复有用信号[1]。

信号 x （t ）的自相关函数定义为：

即信号 x （t ）与其延时变换式相乘，然后求乘积在 T 秒内积分的平均值。对于数字系统而言，平均是指把信号以△t 秒为周期进行采样，然后将N 个采样点值相乘并求和，即：

根据自相关函数的性质，当τ的取值刚好等于信号的周期时，其自相关函数存在峰值。因此可根据信号的带宽取不同的τ值（即延时值）计算自相关函数值，利用其自相关函数峰值的位置即可确定周期性信号的周期和频率。同样,对胎心信号进行采样、存储，根据测量范围取不同的延时值，计算自相关函数值。当自相关函数值最大时，由其τ值即可计算出胎心信号的频率。