1 设备组成及作业原理
体系组成如图1所示。此规划以单片机AT89C2051为中心，由光电传感器收集脉息信号，经过前置扩大电路、滤波电路、积分和比较电路后得到与脉息相关的脉冲信号，该脉冲信号作为中止信号交由单片机进行脉冲周期的核算。然后得出每分钟的脉息搏动次数(即心率)，并在数码管上显现心率，一起运用软件完成上下限报警功用，在丈量数据超越正常规模(如大于180次/min或小于45次/min)时进行报警以提示医师留意。
图1：智能人体心率检测设备原理框图
2 设备硬件电路规划
2.1 传感器及信号处理电路
因为在人体指尖安排中的动脉成分含量高，并且指尖厚度相对其他人体安排而言比较薄，透过手指后检测到.的光强相对较大，因而光电式脉息传感器的丈量部位在人体指尖。将一对红外发射与接纳探头置于手指两边，当动脉血管随心脏周期性的缩短和舒张，动脉血管的血液容积随之发生改变时，红外接纳探头便接纳到随心脏周期性地缩短和舒张的动脉息动光脉冲信号，然后收集到心脏搏动信号。
检测心率的传感器选用红外对管HRl068C一05Y2和PT331C。因为从人体手指收集到的生理信号非常弱小，其起伏一般在微伏到毫伏的数量级规模，并且在测验进程中因为肢体动作以及较强的工频搅扰而发生很多的噪声。一起要将收集到的脉息信号经过前置级扩大电路进行高倍扩大，这就要求电路具有高增益和高共模抑制比，至少在80 dB以上，即集成运放要有很高的共模抑制比和极低的零漂等，所选的电阻参数要尽量精确。扩大电路由电阻网络和OP07组成，传感器及前置扩大电路如图2所示。
图2：传感器及前置扩大电路
因为表里噪声及50 Hz工频搅扰等要素，即便电路具有很高的共模抑制比，可是脉息信号非常弱小，吞没在于扰信号中，因为脉息信号主峰频率在1 Hz左右，能量较强的重量也在20 Hz以下，所以规划低通滤波器的上限截止频率为40 Hz。关于工频搅扰，选用对称性双T阻容有源陷波器对其专门滤除。再经过积分、比较电路整形之后便能够得到单片机所需求的规范的0～5 V脉冲信号。滤波、陷波电路及积分比较电路如图3所示。
图3：虑波、陷波电路及积分比较电路
2.2 单片机操控及显现电路
单片机操控及显现电路如图4所示。选用动态显现方法，运用单片机的P1口的P1.0～P1.6作为数码管七段码的输入。运用P3.0,P3.1,P3.2,P3.3作为4只数码管的选中信号(见图4)。从光电传感器输出的心率脉冲作为中止信号直接接到单片机89C2051的9脚(即T1端)。由T0守时，T1计数。P1.7输出心率的上、下限报警信号，经二极管驱动报警器报警。当心率低于下限45次/min时报警宣布长音报警。当心率高于上限180次/min时报警器宣布短音报警。
图4：单片机操控及显现电路
3 软件规划
体系软件流程图如图5所示。即将显现心率数千位、百位、十位、个位数别离存放在89C2051单片机内部的41H，42H，43H，44H单元内。选用动态扫描，每隔5 ms别离轮番显现千位、百位、十位、个位。当单片机的第9脚有一上升沿时，T1脚计数1次，T0守时50 ms，循环守时1 200次，T1计数即为心率次数。然后回来主程序持续履行显现程序。
图5：体系软件流程图
4 电路调试及噪声剖析
电路调试主要是对输入的脉息信号进行滤波和扩大，调试的效果直接关系到数据收集的精确度。经过测验能够得知，脉息信号中存在严峻的噪声搅扰，前置级扩大电路的规划至关重要。运用宁波中策电子有限公司的DFl405数字组成信号发生器来模仿脉息信号，信号频率较高，信号处理电路关于高频信号(106 Hz左右)有很好的衰减效果，当信号频率适中的时分，信号能够依照规划的需求进行扩大。50 Hz陷波器对工频搅扰起到了很好的抑制效果。经过积分、比较电路对脉息信号整形能够得到单片机需求的脉冲信号。经过整机调试，体系达到了预期的规划要求。
在丈量进程中，传感器收集到的脉息信号非常弱小，简单遭到外界环境搅扰，因而需求对脉息传感器的搅扰噪声进行剖析。光电式脉息传感器的主要有丈量环境光搅扰、电磁搅扰、丈量进程运动噪声搅扰。为了削减环境光对脉息信号丈量的影响，一起考虑到传感器运用的方便性，选用密封的指套式的包装方法，整个外壳选用不透光的介质和色彩，尽量减小外界环境光的影响。经过光电转化得到的包括脉息信息的电信号一般比较弱小，简单遭到外界电磁信号的搅扰，因而对硬件电路进行恰当的屏蔽处理。脉息信号改变缓慢，特别简单遭到工频信号的搅扰，运用陷波器有效地处理了这一问题。在丈量进程傍边，让指套和手指更紧的触摸削减了他们之间的相对运动，降低了运动噪声。
5 结 语
心率检测中的关键技能在于传感器的制造和弱小脉息信号的扩大问题。经过实践的规划制造，成果证明了该规划的合理性和可行性，阐明用科学规划的透射式传感器可完成手指脉息的无损检测。可是在小信号扩大技能方面有待于进一步研讨。同其他心率检测仪相比较，该设备的体积小，重量轻，成本低，运用方便，丈量精确等，具有很好的使用远景。
