数字脉搏测试仪设计

邢晓敏

摘 要：文章论述了数字脉搏测试仪的硬件电路和软件实现。为了便于控制和功能的实现，采用了宏晶公司新一代微型处理器STC12C5A60S2作为系统控制核心。电源采用直流稳压电源提供给整个系统;信号采集模块利用红外对管进行光电转换实现对信号的采集。信号调理模块由两级带通滤波放大电路和反向迟滞比较器电路对信号进行调理。单片机模块主要由微型处理器STC12C5A60S2进行信号脉冲计数及其内部的定时器编程进行计时。液晶显示模块采用LCD1602作为系统的显示屏;测试对象按键选择模块由弹性开关组成，通过微型处理器STC12C5A60S2编程确认测试对象及启动脉搏测试仪;蜂鸣器报警模块由蜂鸣器和8050三极管组成，通过微型处理器STC12C5A60S2编程驱动。经测试，系统工作正常。

关键词：红外对管;STC12C5A60S2;脉搏计数;LCD1602

中图分类号：TH77

文献标识码：A

一、数字脉搏测试仪设计的基本工作原理

本设计采用单片机STC12C560S2为控制核心，实现脉搏测试仪的基本测量功能。脉搏测试仪硬件框图如下图1所示：

当手指放在透射式红外线发射管和接收管中间，随着心脏的跳动，血管中血液的流量将发生变换。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，红外线接收管的电流也跟着改变，这就导致红外线接收管输出脉冲信号。该信号经放大、滤波、整形后输出，输出的脉冲信号作为单片机的外部中断信号。单片机电路对输入的脉冲信号进行计算处理后把结果送到LCD1602液晶屏上显示。

二、数字脉搏测试仪的硬件组成

数字脉搏测试仪是利用透射式红外光传感器作为变换元件，把采集到的用于检测脉搏跳动的红外光转换成电信号，用由一些电子元器件组成的电子仪表进行测量、显示和报警的装置。本系统的组成包括信号采集、信号调理、单片机电路、液晶显示、测试对象按键选择电路、蜂鸣器报警电路、电源等部分。

1.信号采集

即将非电量（红外光）转换成电量，它由红外线发射二极管和接收二极管组成，它可以将接收到的红外光按一定的函数关系（通常是线性关系）转换成便于测量的物理量（如电压、电流或频率等）输出。

2.信号调理

即处理透射式红外光传感器采集到的低频信号的模拟电路（包括放大、滤波、整形等）。

3.單片机电路

即利用单片机自身的定时中断计数功能计时，利用单片机自身的外部中断功能对输入的脉冲电平进行运算得出心率（包括STC12C5A60S2、外部晶振、定时中断、外部中断等）。

4.液晶显示

即把单片机计算的时间和脉搏测试结果用LCD1602液晶显示屏显示，便于直接准确无误地读出数据。

5.测试对象按键选择电路

即由测试人员目视确定测试对象（如婴儿、正常人、老年人）后，选择相应按键使单片机启动测试程序，进行脉搏测试和计时。

6.蜂鸣器报警电路

即将不符合测试对象的正常范围的脉搏测试结果给以报警，便于提示测试人员测试结果是否正常。

7.电源

即向信息采集、信号调理、单片机、LCD1602液晶显示屏、测试对象按键选择电路、蜂鸣器报警电路供电的电源，分别是3.6V和5V的直流稳压电源。

三、数字脉搏测试仪软件的实现

从红外线光电传感器出来的脉搏信号，经过两级带通滤波放大电路、迟滞比较电路，转换为脉冲信号之后，需要对单片机进行编程，实现对脉搏频率的测量和显示以及报警。本设计中，软件设计采用模块化结构。根据数字脉搏测试仪的设定功能，将软件划分为若干个功能相对独立的模块，主要有系统主程序和脉搏频率测量模块。应用系统的程序由包含多个模块的主程序和各种子程序组成（如图2）。各程序模块都要完成一个明确的任务，实现某个具体的功能，在具体需要时调用相应的模块即可。

四、数字脉搏测试仪测试实现

五、总结

本设计主要用于显示脉搏频率信息，可实现脉搏频率的实时测量与报警。先通过红外对管提取出脉搏信号，经过两级带通滤波放大电路进行放大滤波，然后将放大后的脉搏信号通过迟滞比较电路转换为单片机易于处理的脉冲信号。接着单片机对转换后的信号进行采集得出脉搏频率信息，最后送到LCD1602液晶屏中显示。所设计的测试仪系统实现简单、功能稳定、使用方便，应用广泛，具有实际意义。

参考文献：

[1]欧阳俊，谢 定，李晓春，等.基于BL-410 的指端脉搏波采集系统应用研究[J].实用预防医学，2004（2）.

[2]韩文波，曹维国，张精慧.光电式脉搏波监测系统[J].长春光学精密机械学院学报，1999（4）.