脈搏測試儀設計

摘 要：脈搏波可以反應出人體心血管系統的血流在許多生理疾病上的特征，因此本文設計了一種脈搏波動頻率測量系統。該系統通過脈搏傳感器獲取脈搏信息輸出電壓信號，并通過信號放大濾波電路對其進行放大濾波，經AT89C51對該脈沖信號進行處理，實現對脈搏的累加計數，并在LED中直觀地顯示。

關鍵詞：脈搏傳感器；單片機AT89C51；脈搏計數

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.159

1 引言

人體血液在心臟舒張和收縮的一個周期內，會產生沿動脈血管壁正向傳播的脈搏波[1]，脈搏中包含著豐富的生理信息，如心臟機能、呼吸機能以及血管硬化程度等[2]。因此，完成對脈搏波信號的采樣、分析以及準確、直觀的波形顯示是一項具有實際意義的工作。

2 脈搏測試系統總體方案設計

系統方案其框圖如下圖1所示。通過脈搏傳感器獲取脈搏信息輸出電壓信號，經信號放大電路對其進行放大，將放大后的脈搏信號通過低通濾波器濾掉干擾信號，再通過整形電路模塊把不規則的脈沖信號整形為單片機易于處理的脈沖信號，通過對單片機進行編程來實現對脈搏波動頻率的測量和計算，最終在LCD中顯示出來。

3 脈搏傳感器的選擇

傳感器常采用壓電式傳感器，當手指前端收到輕微的壓力時，可以感覺到手指前端在血壓的作用下有一張一弛的感覺，將這個信號用傳感器提取出來，轉變為電信號，壓電式脈搏傳感器輸出電壓大約為20mv左右，針對脈搏傳感器阻抗高的特點，本次設計中選用的是傳統的同相放大電路。選用集成運算放大器LM324。取C4=10uF，R3=R4=1K，R5=100K，則該同相放大電路的放大倍數為A1=1+R5/R4=1+100K/1K=101，則輸出的電壓為U1=（1+R5/R4）U0。脈搏傳感器輸出經放大電路放大101倍，此時脈搏信號的幅值大約為U1=2V。

由于脈搏信號的頻率在1.33Hz左右，正常情況下不會出現高于2Hz的信號，因此還需設計一個低通濾波器濾除高頻信號。采用二階有源濾波器，為了使脈搏信號放大到整形電路所需的電壓值，通常電壓放大倍數選用2倍左右。集成運算放大器選用LM324。取R6=R7=2K， C5=C6=20uF， R8=R9=10K，得到f0=3.98Hz。該低通濾波器的放大增益A2=1+R8/R9=1+10K/10K=2。因此，脈搏信號經過放大濾波之后的電壓約為4V。仿真電路如圖1所示。

4 脈搏測試系統軟件設計

本設計所用的單片機是AT89C51，單片機內的一個定時/計數器，以單片機內的標準機器周期作為標準時基信號Ts。被測信號的周期作為信號閘門，由程序控制開關對時基進行計數得nx，因此被測信號周期為，每分鐘脈搏跳動次數為。

脈搏脈沖信號從P3.4口即T0口進入單片機，當按下啟動+復位鍵時，定時器0開始計數，定時時間為60S，然后測得60S的脈搏數，并通過LED數碼管顯示出來。再按下啟動+復位鍵時，給定時器0清零，定時器0重新開始計數，同樣是定時60S，然后通過LED顯示出這次脈搏跳動的次數。，即LED顯示屏可以同時顯示上一次和此次的脈搏次數。同時將輸入單片機的脈沖信號信息經單片機處理后通過串口電路傳遞給上位機。部分程序如下：

void main（）{ Initial（）；

while（1） { while（TF0==0） {

if（pulse==0）P1=TL0；} TF0=0； } }

void Time1Int（）interrupt 3using 2{

if（flag） { count++； LedScan（1）；

if（count==20） { sec++；

if（sec==time）{ Freq（）；

flag=0；led_r=0； TR0=0； }count=0；}}

elseLedScan（1）； }

5 結論

本文設計的脈搏測試系統，主要用于顯示脈搏波的脈搏波動頻率信息。經過調試表明本設計能夠實現對脈搏波動頻率的測量與顯示。

參考文獻：

[1]乜國荃，孫惠章.基于LabVIEW的脈搏測試儀的設計[J].生物醫學工程與臨床，2008，12（04）：330-333.

[2]胡海燕，于淑萍，汪維東.基于LabVIEW脈搏波信號分析系統設計[J].工業控制計算機，2010，23（11）：67-68.

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