智能脉搏测试仪的设计和实现

　　0 引言

　　随着生活质量的提高，人们的保健意识也在逐渐提高。由于人体脉搏包含了许多重要的生理、病理信息，准确且快速地获取人体脉搏信息的家用电子医疗设备给人们方便地提供了这一生理指标。

　　本设计以 PIC16C73 单片机为核心，由传感器采集脉搏信息，经过信号预处理等电路交由单片机进行信号分析，再由显示模块实时显示脉搏次数，通过喇叭或外接耳机听到脉搏跳动的声音，并对脉搏过快或过缓的状况发出警示信号。

　　1 硬件组成

　　本系统的硬件设计包括信号检测、信号预处理和信号分析三个部分。选用适当的传感器将脉搏微弱的脉动转换成电信号，再输入放大电路，滤波电路，整形电路将脉搏信号用单片机进行记录和处理，对脉搏进行显示。滤波处理后的信号可直接接功放电路后发声。

　　1.1 信号检测电路

　　本设计传感器选用合肥华科电子的HK2000B 型传感器，它以力敏元件 PVDF 压电薄膜为核心，集成了感温元件、温度灵敏度补偿元件等模块，灵敏度高、抗干扰性能强、过载能力大、一致性好且性能稳定可靠、使用寿命长。其技术性能指标为: 电源电压5 ～6 VDC、压力量程-50 ～ + 300 mmHg、灵敏度2000 μV /mmHg、灵敏度温度系数1 × 10^-4/ ℃ 、精度0.5% 、迟滞0.5% 、过载100 倍。

　　1.2 信号预处理电路

　　HK2000B 型传感器输出峰值约为 700 mV，输出波形较为平滑。为了更好地对其进行分析，还需对传感器输出信号进行放大和滤波等处理。首先通过一高通滤波器，消除0.2 Hz 的呼吸波。电路由一个0.33 μF小电容和一个1 MΩ 大电阻组成的 RC 电路和电压跟随器构成。为了提高输入电阻，放大电路采用同相放大器。放大后的信号再通过一低通滤波器，用于消除50 Hz 工频干扰和其他高频干扰。考虑到人体脉搏信号能量主要集中在17 Hz 左右，选择二阶有源低通滤波器，通带为40 Hz，阶数为2。由于一个周期的脉搏波形有一个大峰和一个小峰，为方便单片机处理和避免误计数，最后信号通过反相滞回电压比较器进行整形。阀值由对脉搏的测试和统计分析确定。信号预处理部分电路见图1。

图 1 信号预处理部分电路

　　1.3 信号分析

　　本设计的信号分析由单片机完成。单片机选用PIC16C73，该机最大的特点是省电，适合设计便携式设备; 35 条简单指令集，编程简便; 集成多种外设，简化外围电路。预处理后的信号接其PORTB 口的 RB0管脚。

　　2 软件设计

　　由于使用PIC16C73 使得系统的实时计数和显示能够很方便地实现。由TIMER0 产生时基信号，TIM-ER1 计数。单片机计算算法上采用防脉冲干扰滑动平均值法的数字滤波以提高抗干扰能力和保证系统精度: 采用先进先出的循环队列作为测量数据缓冲器，固定其长度为L，每进行一次新的采样，把测量结果放在队尾，扔掉队首数据; 在读入 L 个采样数据后，滤去其中最大值和最小值，将剩下数据的平均值作为输入数据。软件主程序流程图如图2 所示，数字滤波子程序流程图如图3 所示。