快速心率計(jì)

【摘要】 本設(shè)計(jì)以STM32F103單片機(jī)為核心，利用HKG07A型紅外脈搏傳感器采集人體心率信號(hào)，通過IO口直接傳遞數(shù)字信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過計(jì)算后，通過數(shù)碼管顯示電路予以顯示，并增加聲音報(bào)警功能。

【關(guān)鍵詞】 單片機(jī) STM32F103 心率

在醫(yī)學(xué)上，通過測(cè)量人的心率，便可初步判斷人的健康狀況，同時(shí)隨著人類社會(huì)的快速發(fā)展，地球環(huán)境日益遭到破壞，多種疾病威脅著人們的生命，如心臟病等突發(fā)致命疾病。因此，能夠快速準(zhǔn)確測(cè)量人體心率的心率計(jì)，不僅是臨床者的需求，也是亞健康人群和體育愛好者的需求。

一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)包括中央處理模塊、顯示模塊、按鍵控制模塊、電源電路、脈搏傳感器和聲音報(bào)警模塊，脈搏傳感器使用HKG-07A紅外脈搏傳感器進(jìn)行心率測(cè)量，中央處理模塊采用STM32F103單片機(jī)，傳感器輸出信號(hào)直接與STM32F103單片機(jī)輸入引腳相連，系統(tǒng)處理得到每分鐘脈搏跳動(dòng)次數(shù)，最后通過顯示模塊（共陽型數(shù)碼管）顯示出來。系統(tǒng)檢測(cè)到異常信號(hào)時(shí)，如脈搏跳動(dòng)次數(shù)過大或過小時(shí)，通過聲音報(bào)警模塊，進(jìn)行報(bào)警。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

HKG-07A紅外脈搏傳感器是芬蘭合肥華科電子技術(shù)研究所生產(chǎn)的一款脈搏傳感器，利用特定波長紅外線對(duì)血管末端血液微循環(huán)產(chǎn)生的血液容積變化的敏感特性，檢測(cè)由于心臟的跳動(dòng)，引起手指指尖的血容積發(fā)生相應(yīng)的變化，經(jīng)過信號(hào)放大、調(diào)理等電路處理，HKG-07A直接輸出同步脈搏跳動(dòng)的脈沖信號(hào)，幅度為（VCC-1）伏，可直接與單片機(jī)的I/O相連，進(jìn)行脈沖信號(hào)采集。

使用時(shí)應(yīng)注意：

1、波形輸出幅度與傳感器夾的松緊程度有關(guān)；

2、由于環(huán)境溫度對(duì)人體血流動(dòng)情況有較大影響，在冬天、夏天差別很大，所以該傳感器的輸出幅度也隨氣溫的變化差異較大，冬天輸出輸出信號(hào)較小。

核心芯片選擇STM32F103C8T6，內(nèi)核：ARM32位的Cortex-M3 CPU，最高可達(dá)72MHz工作頻率，64K字節(jié)的FLASH，20K字節(jié)的SRAM，32個(gè)快速I/O端口，多達(dá)6個(gè)16位定時(shí)器和2個(gè)看門狗定時(shí)器，而且性價(jià)比高，完全能夠滿足本系統(tǒng)的需求。

顯示模塊采用4位一體式共陽型數(shù)碼管，為增加顯示亮度，增加了三極管放大電路。聲音報(bào)警模塊采用蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。

三、 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

主要程序包括系統(tǒng)初始化、中斷服務(wù)程序、數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示程序、蜂鳴器報(bào)警程序等，程序流程如圖2所示。

圖2 程序流程圖

主程序通過調(diào)用各個(gè)子程序，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，主要包括系統(tǒng)初始化程序、中斷初始化程序、計(jì)算心率數(shù)、判斷心率數(shù)是否異常，并顯示程序，最后系統(tǒng)在硬件上增加兩個(gè)獨(dú)立按鍵，作為系統(tǒng)保留功能，方便系統(tǒng)進(jìn)一步研究。

四、結(jié)論

本設(shè)計(jì)給出了一種快速心率計(jì)的設(shè)計(jì)方法，通過HKG07A型紅外脈搏傳感器采集人體脈搏信號(hào)，經(jīng)過中央處理模塊計(jì)算后，然后通過共陽型數(shù)碼管進(jìn)行顯示，脈搏信號(hào)異常時(shí)，系統(tǒng)還可提供聲音報(bào)警功能，經(jīng)測(cè)試，本系統(tǒng)可在一分鐘內(nèi)對(duì)人體脈搏信號(hào)進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)，誤差小于2次/分鐘。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 陳永普，紅外器件與典型應(yīng)用[M]，北京電子工業(yè)出版社，2004.

[2] 高峰，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)用技術(shù)[M]，機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

作者簡(jiǎn)介：

吳國賢 男，（1981-），漢族，工作單位：天津現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院，單位郵編：300350。研究生學(xué)歷、碩士學(xué)位，職務(wù)：教師，職稱：講師，碩士研究方向：圖像識(shí)別。

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