基于HK2000-A脉搏传感器的睡眠定时器

　　0　引　言

　　人的一生中,有1/3左右的时间都在睡眠中度过,从睡眠中挤出一些时间,可以节省时间,提高时间利用效率。同时,现代医学表明在有限的睡眠时间里,有效地提高睡眠效率会很好地提高睡眠质量。例如:在午休中,在高效的睡眠状态下,半个小时的睡眠与正常状态下的2个小时睡眠时间产生的效果相当。对于同一个人来说,在从非睡眠状态向睡眠状态过度时,脉搏会明显减慢[1],所以,系统可以通过对睡眠者的脉搏信号的检测来判断睡眠者的睡眠状态,并以此为依据来启动系统定时器,当定时时间达到睡眠者的设定值时,系统会发出报警信号唤醒睡眠者,以此达到有效睡眠。

　　1　系统设计

　　睡眠定时器中,睡眠者的睡眠时间可以由睡眠者在0~24 h内任意设定,并在此功能的基础上,不增加任何硬件,将实时时钟、脉搏测量及显示、音乐报警等集于一体,大大丰富该装置功能。系统以单片机AT89C2051为核心搭建,硬件结构简单,小型化,系统的稳定性和可靠性高。系统设计框图如图1。

　　2　硬件电路设计

　　2.1　脉搏传感器电路

　　人体心室周期性的收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒张,使血流压力以波的形式从主动脉根部开始沿着整个动脉系统传播,这种波称为脉搏波[2]。脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息,很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征[3]。传统的脉搏测量采用脉诊方式,中医脉象诊断技术就是脉搏测量在中医上卓有成效的应用,但是,受人为的影响因素较大,测量精度不高[4]。设计中脉搏传感器采用合肥华科电子研究所研制的HK2000-A,该产品采用高度集成化工艺将力敏元件(PVDF压电膜)、灵敏度温度补偿元件、感温元件、信号调理电路集成在传感器,其灵敏度高、抗干扰性能强、过载能力大、一致性好,电源电压范围为3~12VDC,压力量程为-50~300mmHg(1mmHg=133. 322Pa)[5]。输出高电平大于1. 5V,输出低电平小于0. 2V,输出脉冲波型见图2。HK2000-A连接2输入与非门CD4011,经反向后输入AT89C2051的P3. 2口,见图3所示。

　　2.2　人机交互电路

　　睡眠定时器中人机交互由三部分组成,按键模块、显示模块和报警模块。按键模块电路采用按键和电阻器构成,采用硬件电容器消抖,按键每按下一次,电路输出一个负脉冲,其硬件电路如图3。为了使本设计满足小型化的要求,在整个电路中,仅设有2个按键,一个是“复合”功能键S2,一个是“调节”功能键S1,并具有复用功能。每按一次按键S2,分别进入“调时钟分”、“调时钟时”、“显示定时时间”、“调定时分”、“调定时时”、“显示并测量瞬时脉搏”、“显示平均脉搏”、“显示乐曲编号并进入选择乐曲”; S1为“+1”功能,每按一次调节位+1;当不在调节状态时,按下此键,即可进入瞬时脉搏显示即测量;在音乐选择状态时,按一次此键,即进入乐曲试听,再按一次,结束试听。在报警状态时,按下2个键的任何一个即可结束报警。显示模块电路采用4位LED数码显示,由于AT89C2051的I/O口较少,电路采用动态显示,并通过串行口扩展来实现,电路如图3所示。报警电路由功率放大器LM386和音乐蜂鸣器组成,　其中,报警触发信号由单片机的P3. 7直接产生,报警信号为音乐报警,而且,音乐可以选择(AT89C2051中编多首乐曲)。