基于单片机的脉搏仪心率计

摘要：由脉搏传感器测量脉搏，脉搏信号经过放大、滤波、整形、倍频形成数字信号;单片机把该数字量作为外部中断信号计时。LCD1602显示每分钟心脏跳动的次数即心率。当心率大于上限或小于下限时，声光报警，表示心率异常。心率上下限值可以由键盘设定。

关键词：脉搏、光电测量法、单片机

引言

祖国医学诊脉是指医生用手指切按患者的脉象、探查了解病情。诊脉对分析病理有积极意义。但是诊脉受人的主观因素影响大。脉搏心率测量仪采用光电传感器测量脉搏。测量原理是：心脏跳动引起血压变化，血压变化又引起血液浓度变化;光电传感器能够探测到血液浓度的变化，这种变化触发光电感应一即红外线信号强弱的变化。光电传感器把人体脉搏变化转换成光电信号;经过单片机分析计算出心率。液晶显示器显示心率……即每分钟心脏跳动的次数。实现了客观测量脉搏即单片机测量脉搏。

1 设计框图和工作原理

光电测量法测量脉搏设计框图如图1光电测量法测量脉搏：是由脉搏传感器模块和单片机控制模块组成。

……脉搏传感器模块：

由光电感应电路，脉搏信号放大电路，滤波防止干扰电路，整形把模拟量整形成数字量电路，倍频缩短测量时间电路组成脉搏传感器模块。

……单片机控制模块：

……由电源电路，单片机最小系统电路，键盘电路，液晶显示电路，超限报警电路组成。

2 硬件电路

设计思路：我们知道单片机可以计数…即可以对外部中断脉冲进行计数。周期和频率是互为倒数关系。也就是说单片机可以做成频率计。而脉冲可以看成脉搏传感器产生的脉冲。血压变化引起的血液浓度变化是连续变化的模拟量，单片机只接收数字量。所以，需要把正弦波转换成方波从而满足单片机的计数要求。

单片机计算出心率由液晶显示器在第一行显示：N次/每分钟;第二行显示上、下限心率值。超限声光报警提示心率异常。

2.1 光电传感器模块

由光电信号采集电路(图2)采集脉搏信号，因为信号太弱必须经过放大电路两级放大。然后由滤波电路滤除干扰信号。而整形电路的作用是把正弦波模拟量转化为矩形波数字量。采用双倍频电路提高频率，缩短周期(时间)以期尽快测出脉搏次数。光电传感器电路如图3

仿真时，脉搏信号用1 5 0 m v直流电混合2.5Hz 1 07mv正弦交流电模拟。输入1 50mv两级放大以后输出900mv，因此放大倍数是900/150等于6倍。放大以后的电压应能够达到与非门阀值电压。光电传感器输出信号是方波信号可以用2.5Hz 5V方波信号模拟。

由红外线发射和红外线接收形成的脉搏信号采集电路把脉搏信号转换成电信号。

以上仿真测量使用的是Multisim10仿真软件，波形为虚拟示波器测量;

2.2 单片机控制模块

采用AT89C52单片机，12MHz晶振。显示器采用LCD1602液晶显示。1602数据线和P0口相连。1602控制端口接P10、P11。P0口上拉电阻采用排阻。声光报警电路由P36口控制NPN三极管基极、由集电极驱动蜂鸣器发出报警声。由于P36输出的是方波、三极管会导通/截止交替变化，报警信号灯会出现闪烁。

键盘电路挂在P33、P34、P35口上。采用循环方式扫描键盘，都为1时，表示没有键按下。为0时，有键按下;

心率上、下限设置键：按下设置键进入设置模式;如下限闪烁：设置下限，这时按加一键一次，下限值加一;如按下减一键一次，下限值减一;设置完成时，再按一次设置键;停止闪烁，完成设置。

P36口可以输出方波信号控制NPN三极管导通，三极管驱动集电极上的蜂鸣器和发光二极管LED发出声光报警信号。超过上限或低于下限时，均发出声光报警，表示心率异常。

如图5为单片机控制电路心率超过130时，报警时的仿真情况。

心率正常范围为：60～100次/每分钟;大于160次/每分钟，为心动过速;低于40次/每分钟为心脏病。

LCD 1602第一行显示：测量心率值;第二行显示：H：上限值L：下限值;

单片机仿真使用的是Proteus仿真软件;软件调试使用的是Keil 4.0;

3 结语

利用红外发光二极管发出红外线照射人的指尖，另一侧红外接收二极管收到光电信号，实现脉搏信号的采集;单片机中断计时计算心率并送LCD显示心率;本次实现了仿真验证;重要意义：诚然由于传统诊脉方法是祖国医学留下的法宝之一;但由于受人的因素影响较大，存在着主观性问题;而且，对人的要求专业性极高。由单片机和光电传感器组成的全自动电子诊脉实现了指导测量、自动显示心率，还能提示心率过快、心率太低。诊疗结果主观，使得普通患者自己也能监控病情。心率异常及时吃药。对于生命健康有积极意义。