光电式智能心率检测仪

　　该仪器根据手指毛细血管的血容量随心脏搏动而改变这一生理特点,利用光电转换原理及单片机记录译码技术完成对心率次数的快速、直观、准确的测量,并完成对心率不正常的报警。

　　1　计数测量的原理和方法

　　统计脉搏次数的常规方法是以基准时间为单位,并通过基准时间内测得的脉搏跳动次数和相关倍数,计算出每分钟的脉搏次数,如测量15s得20次脉搏跳动次数,乘以相关倍数4,等于每分钟脉搏跳动80次,这种方法存在着测量时间长,误差较大,并且不能观察短时间内的脉搏变化情况。从乘积可以看出,基准测量时间短,就会出现较大的误差,且时间越短,误差越大。实际上人体在一分钟之内脉搏跳动也会发生快慢的变化,所以上述常规方法也不可能测出这种变化过程。

　　为了克服上述测量方法的不足,提高快速测量的准确性,我们采用一种以脉搏跳动间隔时间为基准,结合先进的单片机测频技术,从而可以保证在几秒钟内得到精确的每分钟脉搏次数,且可观察到人体在几秒钟内脉搏跳动的快慢变化。

　　2　光电指套式传感器

　　图1为光电指套式传感器电原理图。由红色发光二极管LED发出的光线通过人手指照射在光敏三极管的感光窗口上,由于人体组织对红光多少有些透明,而血液不透明,故当指尖的血流量随心脏跳动而改变时,从LED通过指尖到达光敏三极管的光线强弱随之改变,这样光敏三极管的电流也发生波动性变化,通过A1进行阻抗变换后送入后级。由于A1的输出信号比较微弱,且存在有50 Hz及其它高频干扰,所以再经一级由A2、R6、R7、C3、C4等组成的低通滤波器滤波。该低通滤波器中心频率为10 Hz。经过低通滤波器的微弱脉压波动信号,再经一级反相放大器A3的100倍放大后,输出一300 mv左右的脉搏信号。

　　检测放大后的脉搏信号是由脉压波动过程中的信号组成的,通过同相端R 10、R 11、C5的的充放电过程,可将A3输出的脉压峰以外的各种波动信号电平保持在一定的幅度,作为参比电压以保证脉压峰信号进入A4反相端后能正确地比较出来,R12为一正反馈电阻,它的存在使A4成为施密特比较器,确保在脉压波动期间可准确地在脉压峰处输出一正脉冲信号。

　　3　单片机测频记录译码技术原理

　　图2为单片机测频、记录、译码技术及非正常心率报警的原理图,这里我们选用性价比较高ATMEL公司生产的89C2051单片机。由于该单片机内部有2 K字节可重编程闪速存储器,故无需外部扩展程序存储器。利用单片机的P1口P1.0~P1.6作为数码管七段码的输入,利用P3.0、P3.1、P3.3、P3.7作为4只数码管的选中信号(见图2),从光电指套式传感器输出的心率脉冲先经过CD4017计数分频,将心率脉冲进行四分频,再经过或门接到单片机89C2051的8脚(即T0端),或门输出后再经过一个非门作为单片机的中断信号接89C2051的6脚(即INTO)。89C2051脚(即T1端),其作用可使所测心率数能稳定地显示4 s。P1.7输出心率的上、下限报警信号,经三极管驱动报警器报警。当心率低于下限40次/min时,报警同发出长音报警,当心率高于上限120次/min时,报警器发出短音报警。