uPSD3234反射式红外心率检测仪电路设计

　　本文提出了一种基于uPSD3234的反射式红外心率检测仪的设计方案。方案以单片机uPSD3234作为系统的核心部件，采用匹配滤波等数字信号处理方法得到心率数据，将微电子技术与生物医学工程技术紧密地结合在一起，达到 了方案设计的要求，实现了对人体心率的测量。脉搏波源于心脏搏动并由心脏向外周动脉传播。它所呈现出的形态、强度、 速率和节律等综合信息， 很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血 液特征。心率是一项重要的生理指标。它是指单位时间内心脏搏动的次数， 是临 床常规诊断的生理指标。为了测量心率信号，有许多技术可以应用，例如：血液测量，心声测量，ECG 测量等等。本文探讨利用血液的高度不透明性及组织与血液透光性的极大 差异，通过光电脉搏传感器获取脉搏信号，经过模-数转换（A/D）后，采样数据经数字化分析处理，以实现对人体心率的测量。

　　心率信号采集预处理电路

　　脉搏信号采集预处理电路主要是将脉搏波转换成电信号， 并进行初步高频滤 波预处理。 其关键部分就是光电式脉搏传感器。 光电式脉搏传感器按光的接收方 式可分为透射式和反射式两种。 反射式不仅可以精确测得血管内容积变化， 而且在实际应用中反射式只需将传感器接触身体任何部位， 当照射部位的血流量随心脏跳动而改变时， 红外线接 收探头便接收到随心脏周期性地收缩和舒张的动脉搏动光脉冲信号， 从而采集到 心脏搏动信号。

　　本设计采用了反射式红外传感器。光电式脉搏传感器采用红外对 管 KP-2012F3C 和 KP-2012P3C，反射式排列。 KP-2012F3C 具有良好的表皮 照明度，电流一般设在20mA，亮度由软件通过 PWM 电流来进行控制，这样能 够使红外 LED 工作在饱和区域，发出稳定光强的光。KP-2012P3C 晶体管采 用交流耦合结构来增强对微弱信号放大。 经晶体管 检测出来的信号采样时分两路。 一路是直流信号线路。 它是晶体管输出经射随输 入单片机的 A/D 转换通道口0， 可用来检测晶体管是否处于有效工作状态； 另一 路是交流信号线路。 它是先经一射极跟随器输入到两级滤波成形电路然后再输入 单片机的 A/D 转换通道1.该滤波 电路为两级带通滤波电路， 由于脉搏波的频谱 蕴含丰富病理信息，特别是在5~40Hz 这个区间的频谱携带了大量与冠心病病 变有关的信息，故考虑到今后功能的 扩展，预处理电路的上下限频率设计为48Hz 和0.86Hz。

　　本方案所设计的反射式红外心率检测仪主要单片机 uPSD3234作为系统的 核心部件， 采用匹配滤波等数字信号处理方法得到心率数据， 将微电子技术与生物医学工程技术紧密地结合在一起， 达到了方案设计的要求。 并且， 本方案已成 功应用于健身产品跑步机中， 具有一定的创新性和实际应用价值， 并且有良好的市场推广价值。