基于红外技术的简易心率计的设计

2015-11-10 09:21雷文礼袁君丽任新成
物联网技术 2015年10期
关键词:采集红外心率

雷文礼 袁君丽 任新成

摘 要:心脑血管疾病是人类健康的直接威胁者,简单有效地监测心率是降低人类心脑血管疾病发病率的迫切需求。文章基于红外技术设计了一种简易心率计,该心率计采用红外对管发射和接收红外信号,采集人体的心率信号,并经过主控芯片对信号进行处理,计算出人体的心率值。该心率计具有使用简单方便,抗干扰能力强,成本低等优点,可为心脑血管疾病的预防和监测提供有效手段。

关键词:红外;心率;采集;信号

中图分类号:TP368.1;TP273.5 文献标识码:A 文章编号:2095-1302(2015)10-00-02

0 引 言

现代社会中,人们对家人和自己的身体健康状况尤为重视, 心脑血管疾病作为一种发病率高、致死率高的疾病直接威胁着人们的生命安全。目前,用于心脑血管疾病监测的仪器仪表不断涌现,但大多操作复杂,主要用于医院环境。因此,人们迫切需要一种使用简单方便,可用于家庭或社区环境的心脑血管疾病监测设备。本文基于红外技术设计了一种简易心率计。该心率计采用红外对管发射和接收红外信号,采集人体的心率信号,并经过主控芯片对信号进行处理,计算出人体的心率值。该心率计具有使用简单方便,抗干扰能力强,成本低等优点,可为心脑血管疾病的预防和监测提供有效手段。

1 红外技术

红外技术是一种视距无线通信技术,具有非接触式、抗干扰能力强、工作功耗低利、数据通信可靠等优点。红外光电式检测方法测量心率,是利用光信号对血液流动的透射率或反射率不同,将光信号变换成电信号进而进行测量的方法。一般对光信号的采集有两种方法,一种是对射式采集,即在对人体如手指测量时,在手指两侧各放一个光电二极管,一个用于发射信号,一个用于接收信号。当通过手指的血流量变化时,光信号的透射率发生变化,光电接收管中的电流量也将发生变化,从而测量心率值;另一种是反射式采集,即用于发射信号和接收信号的光电二极管都朝向一端,利用血流变化时,光的反射率发生变化,从而利用光电管中的电流量的变化来测量心率值。本文选用第一种方法来实现。整个系统的信息处理工作流程如图1所示。

图1 信号检测处理工作流程图

2 硬件设计

2.1 主控芯片选择

心率计的主控芯片是整个系统的核心,负责数据信号的处理和系统的协调运行。考虑到成本、可靠性、简易性等问题,这里选用AT89S52来作为主控芯片。AT89S52是一种8位、低功耗的微控制器,其自带8 KB可编程Flash存储器,32个可编程I/O口线,3个16位定时器,8个中断源,具有全双工UART串行通道,低功耗空闲和掉电模式,非常适合作为心率计的主控芯片。其芯片引脚如图2所示

图2 AT89S52引脚图

2.2 信号采集电路

红外线发射管在使用时,有850 nm、875 nm、940nm三个波段。各波段由于波长不同,适用环境也各有不同。850nm波段在安防监控设备中使用较多,875 nm波段在红外监控中有较多应用,940 nm波段主要用于家电设备红外控制等。本文设计的心率计采用一对5 mm的红外对管,另加外围少量电子器件组成信号采集电路。信号采集电路如图3所示。图中D1与D3为红外对管,负责红外信号的发射与接收。电阻R7和电容C5构成低通滤波电路,主要用于去除高频干扰。

图3 信号采集电路

2.3 显示模块

心率计的数值显示选用液晶显示模块。这里经比较,选用LCD1602液晶显示模块,LCD1602内部存储器已内置了160个不同的点阵字符图形,使用简单方便,每次可显示两行,每行16个字符,可以满足本设计的心率计显示的需要,LCD1602与单片机的接口电路如图4所示。

图4 LCD1602与单片机接口电路

3 软件设计

系统上电后,首先完成初始化程序,以初始化部分硬件芯片,确定中断地址和程序入口。然后,液晶显示屏显示全零,表示没有信号进入;其次,程序定时100 ms,进入等待中断过程,并累加中断次数;最后,根据n= K/t(n表示时间t 内心率的平均值,K表示时间t内连续的脉动次数)计算心率值,并在液晶显示屏显示数值。整个程序流程如图5所示。

图5 程序流程图

4 结 语

无线技术和电子技术的发展,使人们对疾病的监测手段不断更新和发展。本文基于红外技术设计了一种简易心率计,该心率计采用红外对管发射和接收红外信号,采集人体的心率信号,并经过主控芯片对信号进行处理,从而计算出人体的心率值。该心率计具有使用简单方便,抗干扰能力强,成本低等优点,可为心脑血管疾病的预防和监测提供有效手段。

参考文献

[1]吴政江.单片机控制红外线防盗报警器[J]. 电子制作,2006(12)25-27.

[2]宋文绪.传感器与检测技术[M].北京: 高等教育出版社, 2004.

[3]余锡存,曹国华.单片机原理及接口技术[M].西安: 西安电子科技大学出版社, 2000.

[4]唐桃波,陈玉林.基于AT89C51的智能无线安防报警器 [J].电子设计应用,2003,5(6):49-51.

[5]李全利.单片机原理及接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.

[6]薛均义,张彦斌.MCS-51系列单片微型计算机及其应用[M].西安:西安交通大学出版社,2005.

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