基于太阳能供电智能心率检测装置设计

摘要：现在的医学测量仪器多种多样并且日新月异，给检查人们身体的健康程度带来了一定的保证与便捷。本设计以单片机技术为主实现心率检测以及实时监控与显示，并通过太阳能来给系统提供电源。设计轻便易携带，可以用于家庭及体育运动者中。特别采用太阳能供电，对于户外运动以及缺电的偏远地区的人们检测心率采集健康数据提供了方便。

Abstract： Now， the medical instruments have an amazing variety and change with each passing day， has brought a certain guarantee and convenient for people's health. This design is based on SCM technology for heart rate detection and real-time monitoring and display， and through the solar system to provide power supply. The design is portable and can be used for family and sports. Particularly it uses solar power supply to provide a convenience for outdoor sports and people in remote areas of power shortage to detect heart rate and select health data.

关键词：心率检测；AT89S52单片机；太阳能；反射式光电传感器

Key words： heart rate detection；AT89S52 SCM；solar energy；reflective photoelectric sensor

中图分类号：TP732 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）19-0139-03

0 引言

在科学技术飞速发展、社会经济不断增长的时代，健康问题是一个令人十分关注的重要问题。虽然现代的科学技术给人们带来了越来越好的条件，但是人们的身体状况并没有像想象的那样更好。更严重的是，现在的人们更多的是亚健康，他们有的会食欲不振、情绪不稳、失眠、关节疼痛、头晕、疲乏无力等等。其中，心血管疾病的发病率逐年提高。目前，患者的年龄却逐渐降低，心血管疾病对人类身体健康产生的威胁也越来越大。从专家的说法来看，人们在现代生活中坐着工作，不爱运动是导致心脏发病的重要原因之一。所以大部分人都认识到了运动的重要性。不管是老年人还是运动员又或者是身体亚健康的年轻人都需要运动去锻炼身体，在运动后心率的实时监测就显得尤为重要。在未来几年内，运动监测设备将逐渐普及心率监测功能，必然会大量地生产相关设备以帮助人們获得更好的运动条件，甚至帮助医疗领域更好对抗心脏类疾病。本设计以智能单片机技术为核心，并以太阳能提供电源，利用数字液晶显示频显示心跳数及时间等，实用方便，有利于户外运动及缺电的偏远地区的人们检测心率提供了方便。

1 系统的总体设计分析

心率是指单位时间内心脏搏起的次数，一般把每分钟的心跳次数看做是临床常规检查的生理指标之一。心率包含了大量的人体健康状况的信息，所以现在各种各样的心率检测仪器出现在了市面上。心率检测仪器应准确、客观、便捷。本设计以AT89S52单片机作为主控元件，采用反射式光电传感器SON1303可以通过检测身体各个部位采集心跳信号，利用单片机内部系统定时器来计算时间，然后由脉冲累加得到一分钟内心脏跳动的次数。由LCD1602数字液晶显示频显示心跳数及时间等。本设计的系统模块可以划分为4个部分：①心率传感器部分；②单片机处理电路部分；③太阳能充电电路；④显示电路。本设计结构硬件框图如图1所示。

2 系统硬件电路分析

单片机采用AT89S52，由一个10K电阻和一个10微法的电解电容组成复位电路，由两个30pF的电容和一个12MHz的石英晶体组成时钟电路及供电电路等，组成单片机最小系统。显示电路广泛采用于便携式仪表的1602液晶显示芯片。

2.1 心率信号采集电路

心率传感电路主要包括心率信号的采集、信号放大电路。主要器件是SON1303传感器，它内部集成了高科技纳米涂层的环境光检测传感器，采用高集成脉冲反射方法的脉冲计模块来采集人的心跳，这个模块集成了双绿色LED进行信号的发射，接收电路部分的光耦滤波则集成了光敏IC和低噪声放大器，测量的灵敏度更高，再将变化的信号进行运放多级放大后送到单片机进行处理，单片机计算出心跳速度并将计算结果通过LCD实时刷新，实现从采集心跳到心率显示的过程。

信号放大电路是利用低功耗运放集成电路LM358M来实现的，充分运用了它的缓冲放大性能（内部的两组放大电路，即1，2，3脚为一组，5，6，7脚为一组）。信号放大电路如图2。

2.2 太阳能充电电路

现在社会能源稀缺，设计中利用了太阳能板输出7-12V电压，系统需要的5V电压，需要利用降压转换器LM2575来输出稳定的5V电压对锂电池进行反复的充电，节省能源。充电电路如图3所示。

3 系统的软件设计

整个程序主要是通过SON1303集成式传感器采集腕脉的跳动，传感器采集到的信号通过放大，形成一个高低电平的脉冲信号，通过单片机外部中断端口P3.2接口（Heart）采集。心跳计数值在小于255次以内，每来一次进行一次计数。

4 结论

将太阳能板垂直于阳光，测得太阳能输出电压的正负两端的数据为9.84V；稳压电路的输入端的电压5.56V，输出端电压4.93V，符合电路要求的5V电压范围。电源电路可以正常供电给整个系统电路。将传感器板子放在手腕的部分，可以看到红色LED灯只是随着心跳在闪烁。把手腕不停地晃动，它仍然可以很稳定地在闪烁。成功感应到脉搏信号时，传感器模块上的红色LED呈现与心跳一致的脉搏规律。测试过程中，保持身体不动，防止肌电干扰。保持手腕的放松和稳定大约30s即可测出上一分钟的脉搏次数，显示在显示器上，经过多次的反复试验，误差不超过0.5%。

本设计利用太阳能提供电源，节约能源。选择SON1303这种高度集成的传感器，心率信号的采集更加稳定，单片机进行数据处理，通过LCD显示。实验结果表明，系统能够正常运行并且测量灵敏度高，充分达到了设计的要求。并且该装置体积小，方便携带，可作为日常生活检测心率的一种工具。

参考文献：

[1]黄英主编.单片机工程应用技术[M].上海：复旦大学出版社，2014.

[2]徐秀平编著.数字电路与逻辑设计[M].北京：电子工业出版社社，2010.

[3]曹衍龙，林瑞仲，徐慧编著.C语言实例解析[M].北京：人民邮电出版社，2007.

[4]刘岚，叶庆云编著.电路分析基础[M].北京：高等教育出版社，2010.

[5]刘娟等编著.智能电子产品设计与制作：单片机技术应用项目教程[M].北京：机械工业出版社，2006.

[6]http：//www.elecfans.com/yiliaodianzi/20100420216383.html.

[7]http：//www.51hei.com/mcu/4335.html.

[8]http：//www.iqiyi.com/w_19rsgyx3et.html.