数字人体心率检测仪的设计
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Abstract:D iscovering the association rule and classification rule are very important techniques of data m ining. In this paper, we first introduce the basic know ledge of discovering association rule and classification rule, then compare them mainly from the respect of goal of m ining and from the m ethod of discovering2rule al2 gorithm , the design idea etc. Finally we introduce the relationship between them.
Park, CA , USA: AAA I/M IT Press, 1996. [ 2 ] 史忠植. 知识发现 [M ]. 北京 :清华大学出版社 , 2002. [ 3 ] 王艳. 数据挖掘中关联规则的探讨 [ J ]. 成都信息学院学
报 , 2004, 19 (2) : 1722176. [ 4 ] 戴稳胜 ,匡宏波 ,谢邦昌. 数据挖掘中的关联规则 [ J ]. 统
参 考 文 献
[ 1 ] PONT M J. 使用 8051 系列微控制器开发可靠应用 [M ]. 北京 :中国电力出版社 , 2004.
[ 2 ] 龚建伟 ,熊光明. V isual C++ / Turbo C串口通信编程实践 [M ]. 北京 :电子工业出版社 , 2004.
[ 3 ] 陈尔绍. 传感器实用装置制作集锦 [M ]. 北京 :人民邮电 出版社 , 1999.
Hale Waihona Puke Baidu
图 7 声光报警电路
3 软件的设计
系统主程序流程图如图 8所示 。
图 5 记忆存储电路
2. 5 通信电路 通信电路的功能是将单片机测量的心率数据上传
PC机 。本电路采用一片 MAX232 芯片将 TTL 电平转 换成 PC机所能识别的电平 ,再通过一个标准的 9 针
·78·
图 8 系统程序流程
关键词 :心率 ;检测仪 ;压电陶瓷 ;通信 中图分类号 : TN99
0 引 言
2 系统硬件电路设计
目前检测心率的仪器虽然很多 ,但是能实现精确 测量 、数据上传 PC机并且具有声光报警等多种功能 的便携式全数字心率测量装置很少 。本文介绍的数字 人体心率检测仪可以在人体的手 、腕 、臂等部位均能准 确测量出心跳次数 ,同时还具有掉电存储 、测量数据上 传 PC机及声光报警等多项功能 。
2. 1 传感器及信号处理电路 传感器及信号处理电路如图 2所示 。
1 系统组成及工作原理
系统组成如图 1 所示 。本设计以单片机为主控 芯片 ,外辅少量硬件电路 ,完成数据处理 、记忆 、显示 、 通信等功能 。
图 1 数字人体心率检测仪原理框图
首先 ,在系统开机时通过键盘设定系统的工作方 式 ;然后 ,将压电陶瓷片检测到的人体心跳信号经过放 大 、滤波及整形处理后输入给单片机 ,单片机对测量的 数据进行处理 ,送显示电路显示 ,同时通过通信电路将 测量数据上传 PC 机 ;记忆电路主要用来存储测量数 据 ,实现掉电存储功能 ;声光报警电路在测量数据超过 正常范围 (如大于 180次 /m in或小于 45次 /m in)时进 行报警以提醒医生注意 。
第 32卷第 7期 2006年 7月
EL
电子工 ECTRON IC
程 EN
师 G IN
EER
V oJl.u3l. 2
No. 7 2006
数字人体心率检测仪的设计
范红刚 1 ,冯 成 2 ,胡建国 2 ,张莉娟 1
(1. 黑龙江科技学院电气与信息工程学院 ,黑龙江省哈尔滨市 150027; 2. 山东莱芜特殊钢厂 ,山东省莱芜市 271100)
键盘电路如图 3所示 。
收稿日期 : 2005210225; 修回日期 : 2006203202。
图 3 键盘电路
·77·
·电子技术应用 ·
电子工程师
2006年 7月
因为 I/O 口够用 ,所以 4 个按键分别接到单片机 的 P1. 2、P1. 3、P1. 4、P1. 5 上 ,采用查询方式进行工 作 。 K1、K2、K3及 K4 依次分别完成开始测量 、查询 、 存测量结果及清除记忆数据等操作 。 2. 3 显示电路
Keywords: heart rate; measuring instrument; p iezoelectric ceram ic; communication
(上接第 54页 )
参 考 文 献
[ 1 ] FAYYAD U M , P IATECSKY2SHAP IRO G, SM YTH P. Ad2 vances in know ledge discovery and data m ining [M ]. M enlo
接口与 PC机连接 。外围电路非常简单 ,只需要 5 个 0. 1μF的电容器 ,具体电路如图 6所示 。
图 6 通信电路
2. 6 声光报警电路 声光报警电路见图 7。由与非门 74F00构成 2级
门控振荡器 。其中 , U6A 和 U6B 组成低频振荡器 ,振 荡频率约 1 Hz, R5 为下拉电阻 ,常态下使 UC = 0 V。 仅当测量数据在报警范围内时由单片机的 P1. 6提供 一个高电平电路才起振 , B0 端交替输出的高 、低电平 经 Q1,使发光二极管闪烁发光 ; U6C和 U6D 组成音频 振荡器 ,振荡频率约 1 kHz。仅当 BO = 1 时第 2 级振 荡器才起振 ,通过达林顿管 Q2、输出变压器 T驱动扬 声器 BL 发出断续的“嘀 、嘀 ……”报警声 。
D ifferences and Rela tion sh ip between A ssoc ia tion Rule M in ing and C la ssif ica tion Rule M in ing
PENG Hu iling, L IU Fa sheng (J iangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, China)
图 4 显示电路
2. 4 记忆存储电路 记忆存储电路见图 5。存储芯片采用 AT24C02。
SDA为串行数据输入 /输出引脚 ; SCL 为串行同步时钟 输入端 ; A0、A1 及 A2 是片选信号输入端 ; TEST引脚 是写保护 ,接地时表示不保护 ,测量完心率数据后想要 保存时就按一下存储按键 K3,单片机就通过 P2. 1 给 AT24C02 提供合适的时钟 , 然后将数据存入指定地 址 。当然 ,控制字 、地址和数据是分 3 次输入的 ,并且 在每段之间要求 AT24C02 提供给单片机一个应答信 号 。此外 ,在读写数据前后要加开始和停止位 。
第 32卷第 7期
范红刚 ,等 :数字人体心率检测仪的设计
·电子技术应用 ·
主要有显示驱动程序 、按键处理程序 、INT0 中断 服务程序 、AT24C02驱动存储程序 、串口通信程序等 。
4 结束语
通过实际设计制作 ,并与市场现有心率检测仪相 对比 ,结果表明本设计具有体积小 、重量轻 、成本低 、使 用方便 、测量准确等优点 ,有较好的应用前景 。
摘 要 :介绍了以 AT89C51为控制核心的数字人体心率检测仪的系统组成及工作原理 ,给出了系 统软硬件设计方法 。实验结果表明 ,该检测仪能够精确完成实时测量及 1 m in定时测量两种测量方 式 ,同时具有实时显示 、报警 、掉电存储 、测量数据上传 PC机等功能 。实际应用结果表明 ,该检测仪具 有使用方便 、测量准确 、成本低等优点 ,有广阔的应用前景 。
显示电路如图 4 所示 。采用动态显示方式 ,图中 2片 74LS373的数据输入端均接在 89C51单片机的 P0 口上 ,单片机通过 P1. 0和 P1. 1给 2片 74LS373提供 片选信号 ,从而实现分时选择 2片 74LS373工作 ,分别 传送段码和位码 。图中 6 个数码管 ,前 3 个用来显示 被测人 的序 号 , 后 3 个 用来 显 示 每 分 钟 心 跳 次 数 ; ULN2803是 8反相驱动器 ,作为位增强驱动器 。
2. Shandong Laiwu Special Steel Factory, Laiwu 271100, China)
Abstract: In this paper, the system composition and working p rincip le of the digital heart rate measuring instrument based on AT89C51 are introduced, and the design m ethod of software and hardware are p resented. Experimental results show that this instrument can accurately carry out two kinds of measurement: real2time m easurement and one m inute tim ing measurement. A t the same time, it has such functions as real2time dis2 p lay, alarm , power fail storage, measured data transfer to PC and so on. Actual app lication results show that this instrum ent has the advantages of conveniences, accurate m easurem ent, low cost and so on. It w ill have w ide app lication.
The D esign of D ig ita l Heart2ra te M ea sur ing In strum en t
FAN Honggang1 , FENG Cheng2 , HU J ianguo2 , ZHANG L ijuan1 (1. Heilongjiang Institute of Science and Technology, Haerbin 150027, China;
图 2 传感器及信号处理电路
检测心率脉冲信号的传感器采用压电陶瓷 (在压 电陶瓷片上安装一海绵垫以传递脉冲信号 ) ; 将采集 到的心率信号经过由 CD4069的 3个非门组成 3级放 大电路进行放大 ,然后通过由 R4、R5、C5 及 R7、R8、 C6构成的 2级梯形滤波电路进行滤波处理 ,即可获得 人体心率范围的信号 (约在 0. 66 Hz～3. 33 Hz之间 ) ; 再通过由二极管 D1、D2和 R6构成的检测电路以及由 U1F、U1D、U1E这 3 个非门构成的整形电路处理后 , 就可得到单片机所需要的标准的 0～5 V 脉冲信号 。 2. 2 键盘电路
计研究 , 2002 (8) : 40242.
[ 5 ] L I G, HAM ILTON H J. Basic association rules [ C ] / / Pro2
ceedings 2004 SIAM International Conference on Data M ining ( SDM ’04 ) , Ap r 22224, 2004, Lake Buena V ista, FL , USA. Society for Industrial and App lied M athematics Publisa2 tions, 2004: 1662177. [ 6 ] 程岩 , 黄梯云. 一种结合关联规则技术在数据库中挖掘分 类规则的方法 [ J ]. 计算机应用研究 , 1999, 16 (12) : 64267. [ 7 ] 李顺安. 基于关联的自适应分类规则挖掘方法 [ J ]. 西安 联合大学学报 , 2003, 7 (2) : 73276.
Park, CA , USA: AAA I/M IT Press, 1996. [ 2 ] 史忠植. 知识发现 [M ]. 北京 :清华大学出版社 , 2002. [ 3 ] 王艳. 数据挖掘中关联规则的探讨 [ J ]. 成都信息学院学
报 , 2004, 19 (2) : 1722176. [ 4 ] 戴稳胜 ,匡宏波 ,谢邦昌. 数据挖掘中的关联规则 [ J ]. 统
参 考 文 献
[ 1 ] PONT M J. 使用 8051 系列微控制器开发可靠应用 [M ]. 北京 :中国电力出版社 , 2004.
[ 2 ] 龚建伟 ,熊光明. V isual C++ / Turbo C串口通信编程实践 [M ]. 北京 :电子工业出版社 , 2004.
[ 3 ] 陈尔绍. 传感器实用装置制作集锦 [M ]. 北京 :人民邮电 出版社 , 1999.
Hale Waihona Puke Baidu
图 7 声光报警电路
3 软件的设计
系统主程序流程图如图 8所示 。
图 5 记忆存储电路
2. 5 通信电路 通信电路的功能是将单片机测量的心率数据上传
PC机 。本电路采用一片 MAX232 芯片将 TTL 电平转 换成 PC机所能识别的电平 ,再通过一个标准的 9 针
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图 8 系统程序流程
关键词 :心率 ;检测仪 ;压电陶瓷 ;通信 中图分类号 : TN99
0 引 言
2 系统硬件电路设计
目前检测心率的仪器虽然很多 ,但是能实现精确 测量 、数据上传 PC机并且具有声光报警等多种功能 的便携式全数字心率测量装置很少 。本文介绍的数字 人体心率检测仪可以在人体的手 、腕 、臂等部位均能准 确测量出心跳次数 ,同时还具有掉电存储 、测量数据上 传 PC机及声光报警等多项功能 。
2. 1 传感器及信号处理电路 传感器及信号处理电路如图 2所示 。
1 系统组成及工作原理
系统组成如图 1 所示 。本设计以单片机为主控 芯片 ,外辅少量硬件电路 ,完成数据处理 、记忆 、显示 、 通信等功能 。
图 1 数字人体心率检测仪原理框图
首先 ,在系统开机时通过键盘设定系统的工作方 式 ;然后 ,将压电陶瓷片检测到的人体心跳信号经过放 大 、滤波及整形处理后输入给单片机 ,单片机对测量的 数据进行处理 ,送显示电路显示 ,同时通过通信电路将 测量数据上传 PC 机 ;记忆电路主要用来存储测量数 据 ,实现掉电存储功能 ;声光报警电路在测量数据超过 正常范围 (如大于 180次 /m in或小于 45次 /m in)时进 行报警以提醒医生注意 。
第 32卷第 7期 2006年 7月
EL
电子工 ECTRON IC
程 EN
师 G IN
EER
V oJl.u3l. 2
No. 7 2006
数字人体心率检测仪的设计
范红刚 1 ,冯 成 2 ,胡建国 2 ,张莉娟 1
(1. 黑龙江科技学院电气与信息工程学院 ,黑龙江省哈尔滨市 150027; 2. 山东莱芜特殊钢厂 ,山东省莱芜市 271100)
键盘电路如图 3所示 。
收稿日期 : 2005210225; 修回日期 : 2006203202。
图 3 键盘电路
·77·
·电子技术应用 ·
电子工程师
2006年 7月
因为 I/O 口够用 ,所以 4 个按键分别接到单片机 的 P1. 2、P1. 3、P1. 4、P1. 5 上 ,采用查询方式进行工 作 。 K1、K2、K3及 K4 依次分别完成开始测量 、查询 、 存测量结果及清除记忆数据等操作 。 2. 3 显示电路
Keywords: heart rate; measuring instrument; p iezoelectric ceram ic; communication
(上接第 54页 )
参 考 文 献
[ 1 ] FAYYAD U M , P IATECSKY2SHAP IRO G, SM YTH P. Ad2 vances in know ledge discovery and data m ining [M ]. M enlo
接口与 PC机连接 。外围电路非常简单 ,只需要 5 个 0. 1μF的电容器 ,具体电路如图 6所示 。
图 6 通信电路
2. 6 声光报警电路 声光报警电路见图 7。由与非门 74F00构成 2级
门控振荡器 。其中 , U6A 和 U6B 组成低频振荡器 ,振 荡频率约 1 Hz, R5 为下拉电阻 ,常态下使 UC = 0 V。 仅当测量数据在报警范围内时由单片机的 P1. 6提供 一个高电平电路才起振 , B0 端交替输出的高 、低电平 经 Q1,使发光二极管闪烁发光 ; U6C和 U6D 组成音频 振荡器 ,振荡频率约 1 kHz。仅当 BO = 1 时第 2 级振 荡器才起振 ,通过达林顿管 Q2、输出变压器 T驱动扬 声器 BL 发出断续的“嘀 、嘀 ……”报警声 。
D ifferences and Rela tion sh ip between A ssoc ia tion Rule M in ing and C la ssif ica tion Rule M in ing
PENG Hu iling, L IU Fa sheng (J iangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, China)
图 4 显示电路
2. 4 记忆存储电路 记忆存储电路见图 5。存储芯片采用 AT24C02。
SDA为串行数据输入 /输出引脚 ; SCL 为串行同步时钟 输入端 ; A0、A1 及 A2 是片选信号输入端 ; TEST引脚 是写保护 ,接地时表示不保护 ,测量完心率数据后想要 保存时就按一下存储按键 K3,单片机就通过 P2. 1 给 AT24C02 提供合适的时钟 , 然后将数据存入指定地 址 。当然 ,控制字 、地址和数据是分 3 次输入的 ,并且 在每段之间要求 AT24C02 提供给单片机一个应答信 号 。此外 ,在读写数据前后要加开始和停止位 。
第 32卷第 7期
范红刚 ,等 :数字人体心率检测仪的设计
·电子技术应用 ·
主要有显示驱动程序 、按键处理程序 、INT0 中断 服务程序 、AT24C02驱动存储程序 、串口通信程序等 。
4 结束语
通过实际设计制作 ,并与市场现有心率检测仪相 对比 ,结果表明本设计具有体积小 、重量轻 、成本低 、使 用方便 、测量准确等优点 ,有较好的应用前景 。
摘 要 :介绍了以 AT89C51为控制核心的数字人体心率检测仪的系统组成及工作原理 ,给出了系 统软硬件设计方法 。实验结果表明 ,该检测仪能够精确完成实时测量及 1 m in定时测量两种测量方 式 ,同时具有实时显示 、报警 、掉电存储 、测量数据上传 PC机等功能 。实际应用结果表明 ,该检测仪具 有使用方便 、测量准确 、成本低等优点 ,有广阔的应用前景 。
显示电路如图 4 所示 。采用动态显示方式 ,图中 2片 74LS373的数据输入端均接在 89C51单片机的 P0 口上 ,单片机通过 P1. 0和 P1. 1给 2片 74LS373提供 片选信号 ,从而实现分时选择 2片 74LS373工作 ,分别 传送段码和位码 。图中 6 个数码管 ,前 3 个用来显示 被测人 的序 号 , 后 3 个 用来 显 示 每 分 钟 心 跳 次 数 ; ULN2803是 8反相驱动器 ,作为位增强驱动器 。
2. Shandong Laiwu Special Steel Factory, Laiwu 271100, China)
Abstract: In this paper, the system composition and working p rincip le of the digital heart rate measuring instrument based on AT89C51 are introduced, and the design m ethod of software and hardware are p resented. Experimental results show that this instrument can accurately carry out two kinds of measurement: real2time m easurement and one m inute tim ing measurement. A t the same time, it has such functions as real2time dis2 p lay, alarm , power fail storage, measured data transfer to PC and so on. Actual app lication results show that this instrum ent has the advantages of conveniences, accurate m easurem ent, low cost and so on. It w ill have w ide app lication.
The D esign of D ig ita l Heart2ra te M ea sur ing In strum en t
FAN Honggang1 , FENG Cheng2 , HU J ianguo2 , ZHANG L ijuan1 (1. Heilongjiang Institute of Science and Technology, Haerbin 150027, China;
图 2 传感器及信号处理电路
检测心率脉冲信号的传感器采用压电陶瓷 (在压 电陶瓷片上安装一海绵垫以传递脉冲信号 ) ; 将采集 到的心率信号经过由 CD4069的 3个非门组成 3级放 大电路进行放大 ,然后通过由 R4、R5、C5 及 R7、R8、 C6构成的 2级梯形滤波电路进行滤波处理 ,即可获得 人体心率范围的信号 (约在 0. 66 Hz～3. 33 Hz之间 ) ; 再通过由二极管 D1、D2和 R6构成的检测电路以及由 U1F、U1D、U1E这 3 个非门构成的整形电路处理后 , 就可得到单片机所需要的标准的 0～5 V 脉冲信号 。 2. 2 键盘电路
计研究 , 2002 (8) : 40242.
[ 5 ] L I G, HAM ILTON H J. Basic association rules [ C ] / / Pro2
ceedings 2004 SIAM International Conference on Data M ining ( SDM ’04 ) , Ap r 22224, 2004, Lake Buena V ista, FL , USA. Society for Industrial and App lied M athematics Publisa2 tions, 2004: 1662177. [ 6 ] 程岩 , 黄梯云. 一种结合关联规则技术在数据库中挖掘分 类规则的方法 [ J ]. 计算机应用研究 , 1999, 16 (12) : 64267. [ 7 ] 李顺安. 基于关联的自适应分类规则挖掘方法 [ J ]. 西安 联合大学学报 , 2003, 7 (2) : 73276.