數(shù)字脈搏測試儀設(shè)計

邢曉敏

摘 要：文章論述了數(shù)字脈搏測試儀的硬件電路和軟件實現(xiàn)。為了便于控制和功能的實現(xiàn)，采用了宏晶公司新一代微型處理器STC12C5A60S2作為系統(tǒng)控制核心。電源采用直流穩(wěn)壓電源提供給整個系統(tǒng);信號采集模塊利用紅外對管進行光電轉(zhuǎn)換實現(xiàn)對信號的采集。信號調(diào)理模塊由兩級帶通濾波放大電路和反向遲滯比較器電路對信號進行調(diào)理。單片機模塊主要由微型處理器STC12C5A60S2進行信號脈沖計數(shù)及其內(nèi)部的定時器編程進行計時。液晶顯示模塊采用LCD1602作為系統(tǒng)的顯示屏;測試對象按鍵選擇模塊由彈性開關(guān)組成，通過微型處理器STC12C5A60S2編程確認測試對象及啟動脈搏測試儀;蜂鳴器報警模塊由蜂鳴器和8050三極管組成，通過微型處理器STC12C5A60S2編程驅(qū)動。經(jīng)測試，系統(tǒng)工作正常。

關(guān)鍵詞：紅外對管;STC12C5A60S2;脈搏計數(shù);LCD1602

中圖分類號：TH77

文獻標識碼：A

一、數(shù)字脈搏測試儀設(shè)計的基本工作原理

本設(shè)計采用單片機STC12C560S2為控制核心，實現(xiàn)脈搏測試儀的基本測量功能。脈搏測試儀硬件框圖如下圖1所示：

當手指放在透射式紅外線發(fā)射管和接收管中間，隨著心臟的跳動，血管中血液的流量將發(fā)生變換。由于手指放在光的傳遞路徑中，血管中血液飽和程度的變化將引起光的強度發(fā)生變化，因此和心跳的節(jié)拍相對應(yīng)，紅外線接收管的電流也跟著改變，這就導(dǎo)致紅外線接收管輸出脈沖信號。該信號經(jīng)放大、濾波、整形后輸出，輸出的脈沖信號作為單片機的外部中斷信號。單片機電路對輸入的脈沖信號進行計算處理后把結(jié)果送到LCD1602液晶屏上顯示。

二、數(shù)字脈搏測試儀的硬件組成

數(shù)字脈搏測試儀是利用透射式紅外光傳感器作為變換元件，把采集到的用于檢測脈搏跳動的紅外光轉(zhuǎn)換成電信號，用由一些電子元器件組成的電子儀表進行測量、顯示和報警的裝置。本系統(tǒng)的組成包括信號采集、信號調(diào)理、單片機電路、液晶顯示、測試對象按鍵選擇電路、蜂鳴器報警電路、電源等部分。

1.信號采集

即將非電量（紅外光）轉(zhuǎn)換成電量，它由紅外線發(fā)射二極管和接收二極管組成，它可以將接收到的紅外光按一定的函數(shù)關(guān)系（通常是線性關(guān)系）轉(zhuǎn)換成便于測量的物理量（如電壓、電流或頻率等）輸出。

2.信號調(diào)理

即處理透射式紅外光傳感器采集到的低頻信號的模擬電路（包括放大、濾波、整形等）。

3.單片機電路

即利用單片機自身的定時中斷計數(shù)功能計時，利用單片機自身的外部中斷功能對輸入的脈沖電平進行運算得出心率（包括STC12C5A60S2、外部晶振、定時中斷、外部中斷等）。

4.液晶顯示

即把單片機計算的時間和脈搏測試結(jié)果用LCD1602液晶顯示屏顯示，便于直接準確無誤地讀出數(shù)據(jù)。

5.測試對象按鍵選擇電路

即由測試人員目視確定測試對象（如嬰兒、正常人、老年人）后，選擇相應(yīng)按鍵使單片機啟動測試程序，進行脈搏測試和計時。

6.蜂鳴器報警電路

即將不符合測試對象的正常范圍的脈搏測試結(jié)果給以報警，便于提示測試人員測試結(jié)果是否正常。

7.電源

即向信息采集、信號調(diào)理、單片機、LCD1602液晶顯示屏、測試對象按鍵選擇電路、蜂鳴器報警電路供電的電源，分別是3.6V和5V的直流穩(wěn)壓電源。

三、數(shù)字脈搏測試儀軟件的實現(xiàn)

從紅外線光電傳感器出來的脈搏信號，經(jīng)過兩級帶通濾波放大電路、遲滯比較電路，轉(zhuǎn)換為脈沖信號之后，需要對單片機進行編程，實現(xiàn)對脈搏頻率的測量和顯示以及報警。本設(shè)計中，軟件設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)。根據(jù)數(shù)字脈搏測試儀的設(shè)定功能，將軟件劃分為若干個功能相對獨立的模塊，主要有系統(tǒng)主程序和脈搏頻率測量模塊。應(yīng)用系統(tǒng)的程序由包含多個模塊的主程序和各種子程序組成（如圖2）。各程序模塊都要完成一個明確的任務(wù)，實現(xiàn)某個具體的功能，在具體需要時調(diào)用相應(yīng)的模塊即可。

四、數(shù)字脈搏測試儀測試實現(xiàn)

五、總結(jié)

本設(shè)計主要用于顯示脈搏頻率信息，可實現(xiàn)脈搏頻率的實時測量與報警。先通過紅外對管提取出脈搏信號，經(jīng)過兩級帶通濾波放大電路進行放大濾波，然后將放大后的脈搏信號通過遲滯比較電路轉(zhuǎn)換為單片機易于處理的脈沖信號。接著單片機對轉(zhuǎn)換后的信號進行采集得出脈搏頻率信息，最后送到LCD1602液晶屏中顯示。所設(shè)計的測試儀系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、功能穩(wěn)定、使用方便，應(yīng)用廣泛，具有實際意義。

參考文獻：

[1]歐陽俊，謝 定，李曉春，等.基于BL-410 的指端脈搏波采集系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].實用預(yù)防醫(yī)學，2004（2）.

[2]韓文波，曹維國，張精慧.光電式脈搏波監(jiān)測系統(tǒng)[J].長春光學精密機械學院學報，1999（4）.