心率采集電路.doc

第一種心率作為重要的生命體征,包含著豐富的人體生命信息。構(gòu)建一種可穿著的日常心率測試監(jiān)控系統(tǒng),能夠采集心跳信號,進行日常心率測試、儲存、報警、實時監(jiān)控等功能,這樣的心率測試服裝可為病人、老人、小孩等老弱人群帶來便利。目前國外此類代表性的服裝有意大利Wealthy智慧衣,它使用壓阻式紗線所織成的應變式織物傳感器以及采用混以金屬絲的紗線所制成的織物電極來采集生理信號1。此外,還有獲得14項專利的美國VivoMetrics研發(fā)的Life Shirt Garment,它利用嵌入式傳感器,設計運算法則、軟件可分析20多種生理信號2。 目前對心率信號的采集主要有心電電極采集、光電傳感器采集及壓力傳感器采集.心電電采集時,需用膠條將電極貼在人體表面,而光電傳感器采集時,需將電極接到人體上透明的部分如手指或耳廓兩者都不符合本設計的要求故本設計采用壓力傳感器采集壓力傳感器一般可置于心臟處、頸動脈處、手腕撓動脈處將傳感器置于手腕撓動脈處,用具有彈性的經(jīng)過處理的護腕將其固定,這樣就可以根據(jù)不同人的手腕的粗細調(diào)節(jié)傳感器與體表接觸的最佳壓力.使用壓電晶體作為采集心跳信號的換能裝置,整個調(diào)理電路由電荷放大器、調(diào)適放大器、低通濾波器、放大及閾值整形輸出級等部分組成,可完成信號的放大、濾波以及電壓轉(zhuǎn)換.本設計中所使用的XH-6型有源心音脈搏多用途壓電晶體傳感器已經(jīng)內(nèi)置電荷放大器和調(diào)適放大器,則此傳感器在受到壓力后直接輸出電壓信號,見圖2.正常人的脈搏和心跳是一致的,脈搏的頻率受年齡和性別影響,如嬰兒120140次/min,幼兒90100次/min,成年人7080次/min,只要60100次/min都是正常的,當然專業(yè)運動員可以為50次/min.因此,人的脈搏波形頻率遠遠小于5 Hz,大約在052 Hz之間,所以通過一個二階低通勃通華斯濾波器就可以將10 Hz以上的雜波濾掉,剩下的就是心跳產(chǎn)生的波.同時,使用CD40106施密特反相器可以將不規(guī)則的尖峰脈沖整形,整形后的方波脈沖可由單片機直接計數(shù).整形后的波形如圖3所示,心跳采集應用電路如圖4所示,其中JP1接心跳傳感器3個端子,HCC40106的6管腳接單片機的P3.4口.圖1。系統(tǒng)原理圖圖2。傳感器輸出波形圖3。施密特整形后波形圖4。心跳采集電路圖7為心跳參數(shù)處理的流程圖.心跳參數(shù)處理流程圖語音播報處理流程圖心跳參數(shù)處理程序的代碼如下:HEARTEQU1CHCON0EQU50HHERE: ;主程序MOV A,HEART ;提取計數(shù)器中的心跳數(shù)H-DEAL:MOV B,#04H ;心率處理程序,將數(shù)據(jù)處理為N次/60sMUL ABMOV B,#100 ;16進制數(shù)轉(zhuǎn)換為10進制BCDDIVABMOV5AH,A ;百位MOVA,BMOVB,#10DIVABMOV5BH,A ;十位MOV5CH,B ;個位MOVR2,#30HMOVR0,#5AHSENDH:MOVA,R0 ;將BCD碼轉(zhuǎn)為液晶需要的ASCII碼,存入51H-53H單元內(nèi)ADDA,R2MOV51H,AINCR0MOVA,R0ADDA,R2MOV52H,AINC R0MOV A,R0ADD A,R2MOV53H,AMOVR1,#CON0 ;液晶取顯示心跳部分的首地址MOVR1,#48H ;字母H的ASCII碼,表示心率MOVR1,#54HMOVR1,#2FHINC R1MOVR1,#4DH ;MIN的ASCII碼,表示分鐘INC R1MOVR1,#49HINC R1MOVR1,#4EHLCALL DISPLAY ;調(diào)液晶顯示程序36北京服裝學院學報(自然科學版)2007年 第二種 采用ADI公司的低功耗、高性能處理器ADUC812作為主控設備,這款芯片無論是在功耗還是體積上都與設計需求完美契合。ADUC812原理圖如圖1。第4346管腳是單片機的P0口,輸出高電平的時候關閉發(fā)光二極管,輸出低電平時點亮相關發(fā)光二極管;第49管腳用于控制蜂鳴器MK1發(fā)聲,低電平使其發(fā)出聲音信號;第31管腳用于控制LED的復位;第37管腳是LED的鎖存器時鐘輸入;第38管腳是LED串行時鐘輸入;第39管腳是LED顯示代碼的輸入端;第16、17管腳是UART通信口;第23管腳輸入心跳信號;第18管腳為測量開始信號的輸入;第15管腳是復位信號輸入端;第33、32管腳為晶振接入端;第41管腳是狀態(tài)控制端,用于下載程序;第6、20、21、34、35、48、47管腳為電源接口。整個系統(tǒng)由ADUC812處理器、生理信號采集處理電路、輸入設備、聲光報警和顯示設備等部分組成,如圖2。系統(tǒng)工作原理:脈搏跳動引起PVDF材料表面電荷變化,積分電路將電荷信號轉(zhuǎn)換為電壓信號,而后經(jīng)信號處理電路將電壓信號變成標準的脈沖輸入到處理器。中央處理器根據(jù)輸入設備上用戶輸入的指令進行相關處理,當測量數(shù)據(jù)超過正常范圍時進行聲光報警 人機交互機構(gòu)a)指令輸入設備。系統(tǒng)的指令用按鍵控制,設有系統(tǒng)復位鍵和測量控制鍵。為確保操作的方便和可靠,每種操作都設置相應的指示燈,用戶在使用相關功能的時候?qū)闹甘緹糸_啟。b)輸出設備。測量的結(jié)果采用LED數(shù)碼顯示。采用74HC595D作為鎖存、驅(qū)動芯片,用靜態(tài)掃描顯示方式實現(xiàn)。具有成本低、簡潔、方便的特點。c)聲光報警。采用有源蜂鳴器,在需要報警的時候由MCU輸出高電平,蜂鳴器發(fā)出響聲提示,同時報警專用發(fā)光二極管點亮,出現(xiàn)聲光報警信號