基于SMT32的脈搏測量系統的研究

金晶 董小龍

福建省計量科學研究院 福建福州 350003

人體脈搏信號的速率、強度和形態反映了人體生理狀況，是中醫診療方法中的重要組成部分[1-3]。本文提出的基于SMT32脈搏測量系統實現了對脈搏信號的采集、放大濾波、模數轉換和顯示存儲等功能，通過軟硬件協同技術完成了對人體的脈搏信號的采集、分析和存儲，方便醫生對采集者的脈搏信息進行觀察分析，了解患者病情[1]。

1 脈搏測量系統的整體設計

本系統是以STM32芯片作為控制器，利用模塊化的方式進行設計。通過HK-200高靈敏度壓力傳感器來測試脈搏信號，并將采集的模擬脈搏信號進行放大和濾波處理，之后利用A/D轉換電路轉換成抗干擾能力強的數字信號，整個采集過程是通過SMT32控制器和其外圍電路來進行實現。之后，將采集的信息進行存儲和顯示，基于STM32的脈搏測量系統整體設計方案圖如圖1所示。

圖1 基于STM32的脈搏測量系統整體設計方案圖

2 脈搏測量系統的模塊化設計

2.1 脈搏信號采集電路模塊

人體脈搏信號是微弱的，容易受到采集外界環境的干擾，采集時要對原始脈搏傳感器產生的信號進行濾波和放大調理，并轉換成抗干擾能力強的數字信號[2]。

由于不同人的身體狀況不同，脈搏的跳動次數每分鐘為60次-100次[6]，其最低頻率為0.5Hz，而干擾脈搏信號的噪聲主要來源于人體呼吸，其頻率小于0.5Hz，低于脈搏信號，所以本系統采用高通濾波器來去除低于0.5Hz的噪聲信號。另外，采集的脈搏信號電壓輸出范圍為-0.1-0.6V，為符合A/D轉換電路的0-5V電壓范圍，要對HK-200傳感器的基準信號進行校準調理，之后再對信號進行放大處理。本系統將高通濾波電路和放大電路進行綜合。本系統采用的是12位低功耗、高帶寬的AD7934模數轉換器將模擬信號進行數字化處理。AD7934芯片在進行數據轉換時，要使CONVST端進行低電平處理，實現初始化設置，當第14個CLK下降沿的到來，CONVST變成高電平，同時控制端CS和RD端變低，數據讀出。

2.2 STM32外圍電路模塊

為保障STM32的脈搏測量系統的穩定運行，需要為其提供安全可靠的工作電源。在系統中，SMT32的運行需要3.3V電壓，而采集電路中需要的供電電源是5V，因此，在脈搏測量系統中需要通過電源轉換模塊來實現不同電壓的轉換。本系統的電源轉換模塊是通過TPS70358穩壓器來進行實現的，能夠將5V的輸入電壓轉換成3.3V的輸出電源。整個系統的時鐘信號是通過12MHz、封裝為49SMD的外部晶振來提供的，它具有體積小、穩定性好和耐沖擊性等優點，利用兩個33PF的負載電容與地端相連[3]。

2.3 脈搏信號輸出、存儲和顯示模塊

將轉化后的數字化脈搏信號進行輸出、存儲并顯示[4]。通過STM32控制TFT液晶屏實現顯示功能，主要包含發送、監測和存儲功能等。其中，發送功能是將脈沖信號通過串口發送到上位機，實現人體脈沖波形的顯示，方便觀測和判斷采集者的脈象狀態；監測功能是實時判斷脈沖測量系統正常運行的手段之一，當采集到脈沖波形時，會進行計數累加；存儲功能是將采集的脈搏信號數據存儲到外部硬件設備上，為后期統計分析處理做準備。

3 結語

本文提出的基于STM32的脈搏測量系統通過模塊化設計思想進行實現，能夠實時、穩定的采集人體脈搏信號，并將人體脈搏信號通過數字化的方式進行顯示輸出，便于后期對脈搏信號的分析和處理。在接下來的工作中，會在原有功能基礎上進行智能化拓展，提升采集者脈搏信息數據的真實性和準確性[5-6]。