基于 STC89C51 的紅外心率監測儀

閔婧 陳思德 趙建宇 劉書苑

本文運用STC89C52作為心率儀的核心控制系統，紅外發光二極管作為光電傳感器，把光信號轉化為電信號，光敏三極管負責對心跳脈搏進行實測，通過單片機內部計時器來記錄時間，所得的心跳頻率在數碼管上進行顯示，從而滿足對人體實時監測。另外增加蜂鳴器報警、定時提醒測量等功能。

近幾年，由于生活節奏變快，壓力不斷加大，導致很多人生活習慣不規律，從而引發心腦血管疾病發病率逐年升高。如何有效的預防心腦血管發病率是一個嚴峻的問題，也成為人們生活關注的熱點。越來越多人認識到這一問題，開始想要購買相關的檢測儀器。但很多專業醫療設備存在著價格高昂，不便攜帶，太過專業化，功能不能滿足日常所需等問題。從而我們想到了基于STC89C51的紅外心率檢測儀，恰好可以再低成本的情況下滿足日常所需。

1.研究內容

便攜式心率儀以SCT89C51為核心控制系統，通過紅外傳感器輸出脈沖信號，再由光敏三極管進行心率測量計算，歐通過單片機電路的處理將結果顯示在數碼管上，從而實現對人體心率的隨時監測。并設置閾值，當心率過快時進行警報通知。

2.系統選擇

STC89C521單片機是日常生活中最常見的型號，其具有性能高、消耗低等特點，片內含有4k-bytes可反復可讀儲存器和128-bytes隨機輸入數據存儲器，系統體積小，且具有一定的可靠性，成本低，存儲空間滿足本產品的要求，還具有三個定時器，可實現定時提醒功能，從以上角度考慮，STC89C521單片機是本設計的最佳選擇

3．系統硬件設計

本次便攜式心率儀主要組成部分包括液晶顯示、信號采集、單片機信號處理等電路以及比較電路、放大電路。先利用紅外發光二極管將光信號轉化成電信號，采集心跳頻率，此時分為兩種情況：一是當人體組織辦透明度高時，紅外發光二極管發出的光無法完全透過人體組織，此時光敏傳感器無法疏通，輸出高電平；二是當人體組織透明度低時，紅外二極管強度高，可透過人體組織，此時光敏傳感器導通，輸入低電平。兩種情況交替出現，這樣形成一個近似正弦的低頻信號，且頻率與脈搏次數成正比。

4. 系統軟件設計

心率儀程序的設計難點主要在于需要計算脈搏跳動頻率，即要精確把我程序運行時間，故便攜式心率儀的系統軟件設計主要由C語言書寫，C語言可實現較為復雜的算法，且簡易操作，計算精確。其軟件設計分為主程序流程、中斷程序流程和顯示功能子程序。

5.結果分析

(1)用儀器測量：由信號發生器發射信號，產生一個40~200次/分的方波，通過心率儀進行測量，觀察結果與信號發生器的方波頻率是否一致，下表是部分結果。測量結果顯示，當心率儀對信號發生器進行檢測時，無誤差，且發出警報符合原本設定

表1 信號發生器測量結果

(2)實際測量：選擇不同實驗人員作為參考對象進行試驗，用聽診器和心率儀分別進行測量，先對一個對象心率進行多次測量，再對不同對象進行檢測，下表是部分結果。

表2 實際測量結果比較

由結果顯示，心率儀測量結果與聽診器測量結果存在一定誤差，且誤差并不一致，可能是由于人工測量時無法掌控好起止時間所致。

信號發生器的信號測量沒有誤差，而實際測量出現誤差，是因為信號發生器發出信號的頻率穩定可控，而人體心率不夠穩定，強度有差異。

7. 結語

便攜式心率儀具有功能穩定、便于攜帶、成本低的好處，可進行廣泛推廣，但本次設計也存在很多不足，如測量功能單一、沒有語音讀數功能，但我相信日后隨著科技的發展，心率儀的功能會逐漸完善，應用領域也會越來越廣，進入每家每戶，給我們的生活帶來安全保障。