心率采集电路

第一种

心率作为重要的生命体征,包含着丰富的人体生命信息。构建一种可穿着的日常心率测试监控系统,能够采集心跳信号,进行日常心率测试、储存、报警、实时监控等功能,这样的心率测试服装可为病人、老人、小孩等老弱人群带来便利。

目前国外此类代表性的服装有意大利Wealthy智慧衣,它使用压阻式纱线所织成的应变式织物传感器以及采用混以金属丝的纱线所制成的织物电极来采集生理信号[1]。此外,还有获得14项专利的美国VivoMetrics研发的Life Shirt Garment,它利用嵌入式传感器,设计运算法则、软件可分析20多种生理信号[2]。

目前对心率信号的采集主要有心电电极采集、光电传感器采集及压力传感器采集.心电电采集时,需用胶条将电极贴在人体表面,而光电传感器采集时,需将电极接到人体上透明的部分如手指或耳廓两者都不符合本设计的要求故本设计采用压力传感器采集

压力传感器一般可置于心脏处、颈动脉处、手腕挠动脉处

将传感器置于手腕挠动脉处,用具有弹性的经过处理的护腕将其固定,这样就可以根据不同人的手腕的粗细调节传感器与体表接触的最佳压力.使用压电晶体作为采集心跳信号的换能装置,整个调理电路由电荷放大器、调适放大器、低通滤波器、放大及阈值整形输出级等部分组成,可完成信号的放大、滤波以及电压转换.本设计中所使用的XH-6型有源心音脉搏多用途压电晶体传感器已经内置电荷放大器和调适放大器,则此传感器在受到压力后直接输出电压信号,见图2.

正常人的脉搏和心跳是一致的,脉搏的频率受年龄和性别影响,如婴儿120~140次/min,幼儿90~100次/min,成年人70~80次/min,只要60~100次/min都是正常的,当然专业运动员可以为50次/min.因此,人的脉搏波形频率远远小于5 Hz,大约在0·5~2 Hz之间,所以通过一个二阶低通勃通华斯滤波器就可以将10 Hz以上的杂波滤掉,剩下的就是心跳产生的波.同时,使用CD40106施密特反相器可以将不规则的尖峰脉冲整形,整形后的方波脉冲可由单片机直接计数.整形后的波形如图3所示,心跳采集应用电路如图4所示,其中JP1接心跳传感器3个端子,HCC40106的6管脚接单片机的P3.4口.

图1。系统原理图

图2。传感器输出波形

图3。施密特整形后波形

图4。心跳采集电路图7为心跳参数处理的流程图.

心跳参数处理流程图

语音播报处理流程图心跳参数处理程序的代码如下:

HEART EQU1CH

CON0EQU50H ………………………………………………

HERE: ;主程序

MOV A,HEART ;提取计数器中的心跳数

H-DEAL:MOV B,#04H ;心率处理程序,将数据处理为N次/60s MUL AB

MOV B,#100 ;16进制数转换为10进制BCD

DIV AB

MOV5AH,A ;百位

MOV A,B

MOV B,#10

DIV AB

MOV5BH,A ;十位

MOV5CH,B ;个位

MOV R2,#30H

MOV R0,#5AH

SENDH:MOV A,@R0 ;将BCD码转为液晶需要的ASCII 码,存入51H-53H单元内

ADD A,R2

MOV51H,A

INC R0

MOV A,@R0

ADD A,R2

MOV52H,A

INC R0

MOV A,@R0

ADD A,R2

MOV53H,A

MOV R1,#CON0 ;液晶取显示心跳部分的首地址

MOV@R1,#48H ;字母H的ASCII码,表示心率

MOV R1,#54H

MOV@R1,#2FH

INC R1

MOV@R1,#4DH ;MIN的ASCII码,表示分钟

INC R1

MOV@R1,#49H

INC R1

MOV@R1,#4EH

LCALL DISPLAY ;调液晶显示程序

36北京服装学院学报(自然科学版) 2007年

第二种

采用ADI公司的低功耗、高性能处理器ADUC812作为主控设备,这款芯片无论是在功耗还是体积上都与设计需求完美契合。ADUC812原理图如图1。第43~46管脚是单片机的P0口,输出高电平的时候关闭发光二极管,输出低电平时点亮相关发光二极管;第49管脚用于控制蜂鸣器MK1发声,低电平使其发出声音信号;第31管脚用于控制LED的复位;第37管脚是LED的锁存器时钟输入;第38管脚是LED串行时钟输入;第39管脚是LED显示代码的输入端;第16、17管脚是UART通信口;第23管脚输入心跳信号;第18管脚为测量开始信号的输入;第15管脚是复位信号输入端;第33、32管脚为晶振接入端;第41管脚是状态控制端,用于下载程序;第6、20、21、34、35、48、47管脚为电源接口。整个系统由ADUC812处理器、生理信号采集处理电路、输入设备、声光报警和显示设备等部分组成,如图2。系统工作原理:脉搏跳动引起PVDF材料表面电荷变化,积分电路将电荷信号转换为电压信号,而后经信号处理电路将电压信号变成标准的脉冲输入到处理器。中央处理器根据输入设备上用户输入的指令进行相关处理,当测量数据超过正常范围时进行声光报警

人机交互机构

a)指令输入设备。系统的指令用按键控制,设有系统复位键和测量控制键。为确保操作的方便和可靠,每种操作都设置相应的指示灯,用户在使用相关功能的时候将对应的指示灯开启。

b)输出设备。测量的结果采用LED数码显示。采用74HC595D作为

锁存、驱动芯片,用静态扫描显示方式实现。具有成本低、简洁、方便的特点。

c)声光报警。采用有源蜂鸣器,在需要报警的时候由MCU输出高电平,蜂鸣器发出响声提示,同时报警专用发光二极管点亮,出现声光报警信号。智能服装穿着者在出现心率异常时候,出现听觉和视觉的报警信号,对老人,小孩,高危人群极为必要。

1.6软件设计

系统程序流程主要有显示驱动程序、按键处理程序、中断服务程序、测量结果

诊断程序、指示信息处理程序等,其流程图如图3所示。

图2