基于单片机的人体脉搏测试系统的设计

高磊 张可菊* 沈阳工学院信息与控制学院

1 引言

人体脉搏测试是用来测量一个人心脏跳动次数的电子仪器，也是心电图的主要组成部分，用来测量频率较低的小信号。本设计使用AT89C51作为主控芯片，利用人体红外脉搏传感器对人体脉搏信号进行检测，使用LED数码管进行脉搏个数的显示，可以通过按键来进行脉搏频率值的设定。系统通过脉搏传感器采集脉搏信息输出电压信号，经信号放大电路对其进行放大，然后将放大后的脉搏信号通过电压基准变化电路和过零比较器转换为单片机易于处理的脉冲信号。通过单片机编程对脉冲信号进行处理，实现对脉搏波动频率的测量和计数直观地显示出来，并且具有超限报警的功能。

2 系统结构框图

脉搏波动频率测量的实现是通过脉搏传感器采集脉搏信息输出电压信号，经信号放大电路对其进行放大。然后将放大后的脉搏信号通过电压基准变化电路和过零比较器转换为单片机易于处理的脉冲信号。通过对单片机进行编程来实现对脉搏波动频率的测量和计算，最终在显示电路中直观的显示出来。硬件原理框图如图1所示。

图1 脉搏测量系统硬件原理框图

3 硬件电路概述

为达到电路低成本、结构简单实用的设计目的，从设计要求出发，设计了信号放大电路、电压基准变化电路、过零比较器，单片机处理电路及LED显示电路等。电路由传感器电路、信号放大和整形电路、单片机电路、数码显示电路等部分组成。电路的原理图如图2所示。

图2 电路的原理图

本设计用的传感器主要由红外线发射二极管和接收二极管组成，测量的原理如下：将手指放在红外线发射二极管和接收二极管中间，随着心脏的跳动，血管中血液的流量将发生变化。由于手指放在光的传递路径中，血管中血液饱和程度的变化将引起光的强度发生变化，因此和心跳的节拍相对应，红外接收二极管的电流也跟着改变，这就导致红外接收二极管输出脉冲信号。脉冲信号由F1～F3、R3～R5、C1、C2等组成的低通放大器进行放大，再经由F4、R6、R7、C3组成的放大器进一步放大，其输出信号送给由F5、F6、RP1、R8等组成的施密特触发器进行整形后输出，输出的脉冲信号作为单片机的外部中断信号。可变电阻RP1用来调整施密特触发器的阀值电压，从而调整电路的灵敏度。

本系统通过脉搏传感器采集脉搏信息输出电压信号，经信号放大电路对其进行放大。然后，将放大后的脉搏信号通过电压基准变化电路和过零比较器转换为单片机易于处理的脉冲信号。通过单片机编程对脉冲信号进行处理，实现对脉搏波动频率的测量和计数直观地显示出来。本设计使用AT89C51作为主控芯片，利用人体红外脉搏传感器作为对人体脉搏检测的传感器，使用LED数码管进行脉搏个数的显示，使用按键作为输入部分使用，可以通过按键来进行脉搏频率值的设定，并具有超限报警的功能。模拟电路简单，由ADC841芯片实现脉搏信号采集，信号处理和脉搏次数的计算等功能，因此体积小，功耗低，系统稳定性高。本系统可实现脉搏波的实时存储并可实现与上位机(PC 机)的实时通讯，因此可作为多参数病人中心监护系统的一个模块完成心率检测和脉搏波形显示。

[1]基于BL-410 的指端脉搏波采集系统应用研究.欧阳俊.2004.第1卷第2期

[2]光电式脉搏波监测系统.韩文波.长春光学精密机械学院学报.1999.第22卷第4期