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微功耗光電式脈搏測量儀
發(fā)布時間：2017-11-22
1光電容積脈搏波測量
血液是一種高度不透明液體。近紅外單色光在一般組織中的穿透性比在血液中大幾十倍[l〕。皮膚內(nèi)的血液容積在心臟作用下呈波動性變化，當(dāng)心臟收縮時外周血容量最多，而心臟舒張時則外周血容量減小。血容積搏動使組織中血液透光率隨之變化。當(dāng)光源和光敏元件置于被測部位(如手指)的同一側(cè)(或兩側(cè))，光源發(fā)出的光照射在組織上，經(jīng)折射、反射(或透射)后被光敏元件接收[2]。光敏元件將脈動的光強(qiáng)度信號轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動的電信號。在檢測系統(tǒng)中將變化量與直流量相互分離，從而得到光電容積脈搏波。本系統(tǒng)采用的是反射式結(jié)構(gòu)。
2系統(tǒng)組成
為實(shí)用，設(shè)計該系統(tǒng)具有雙功能:測量時顯示人體脈搏次數(shù);平時則作為電子表使用，可顯示時間，日期等。系統(tǒng)由脈搏信號提取電路，單片機(jī)控制電路及液晶顯示模塊組成。其中，恒流源、光電傳感器、濾波放大器以及A--D轉(zhuǎn)換電路一起組成脈搏信號提取電路，獲取穩(wěn)定的光電容積脈搏波，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。單片機(jī)控制處理部分對系統(tǒng)進(jìn)行控制，完成脈搏計數(shù)與實(shí)時時鐘功能。液晶顯示模塊提供一個直觀界面，顯示出脈搏數(shù)或時鐘值。脈搏信號提取電路系統(tǒng)采用紅外發(fā)射接收對管作為傳感器件，完成電一光，光一電轉(zhuǎn)換。測量時，對管窗口朝向被測部位。因為人的手指末端含有豐富的小動脈，有豐富的血液動力學(xué)和生物化學(xué)方面的信息，并且面積小，容易定位，所以選擇指尖作為測量部位。
光源電路的關(guān)鍵是保持發(fā)光二極管發(fā)射光強(qiáng)穩(wěn)定。這里采用了一個穩(wěn)流驅(qū)動電路為發(fā)光二極管提供恒定電流，使它發(fā)出的光強(qiáng)恒定。如圖1所示，改變R:的阻值，可以改變二極管的發(fā)射光強(qiáng)。動脈脈搏波是低頻、微弱的生理信號。光電傳感器拾取的指端容積脈搏波信號很微弱，一般在幾毫伏到十幾毫伏，必須濾波和放大，以滿足采集的要求。動脈脈搏信號頻率基本限制在0.1一20Hz以內(nèi)。為了去除高頻干擾，尤其是50Hz的工頻干擾，我們設(shè)計了一個限幅低通濾波器，其截止頻率為15Hz。該電路具有高輸人阻抗，低輸人失調(diào)電壓，小的漂移。輸出信號經(jīng)過電容G與下一級濾波放大器禍合。為了使用單片機(jī)對脈搏進(jìn)行計數(shù)，利用OPo7組成一個電壓比較器，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。
實(shí)現(xiàn)四個功能:①對脈搏信號計數(shù)，利用脈搏計數(shù)算法得到一分鐘的脈搏數(shù)。②顯示時間，并且進(jìn)行時間調(diào)整。③完成脈搏測量與時鐘的切換。④進(jìn)行脈搏測量時，控制電路為信號采集電路提供電源。
單片機(jī)與外圍電路的連接如圖2所示。其中，Kl為脈搏測量模式與時鐘模式的轉(zhuǎn)換按鍵，KZ為調(diào)整時鐘的分位與時位的控制鍵，K3用于時間調(diào)整模式下，每按下一次時間顯示值加1。PTB4腳輸出低電平，給脈搏信號采集電路供電。PTAI腳是脈搏信號的輸人端。
為降低功耗，本系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能都是在中斷子程序中完成的，具體設(shè)計如下:(l)單片機(jī)上電復(fù)位后，先進(jìn)行配置寄存器的設(shè)置，并初始化TIM計數(shù)器，使定時器工作在取模運(yùn)行狀態(tài)。(2)時鐘處理中斷子程序:M68HCgo8QY4的時間接口模塊TIM產(chǎn)生秒級定時。當(dāng)一秒鐘到定時器溢出產(chǎn)生中斷申請時，將單片機(jī)從低功耗模式喚醒，進(jìn)人中斷子程序，對秒、分、小時及日期等數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，送人顯示緩沖，然后單片機(jī)返回ST()P模式。(3)脈搏測量中斷子程序:當(dāng)測量鍵Kl按下時，單片機(jī)被喚醒，進(jìn)人測量模式。PT以輸出低電平，通過電源控制電路，給采集電路供電，并等待脈搏信號輸人。若6秒內(nèi)無信號輸人，單片機(jī)從中斷返回。若有信號，在中斷子程序中對脈沖個數(shù)進(jìn)行處理，計算出一分鐘的脈搏數(shù)，并將處理結(jié)果送顯示存儲單元。測量持續(xù)時間到了半分鐘時，停止計算脈搏，PTB4腳輸出高電平，信號采集電路停止供電，顯示屏開始顯示時間，單片機(jī)返回STOP模式。(4)時間調(diào)整中斷子程序:當(dāng)KZ鍵按下時，產(chǎn)生一個鍵盤中斷，將單片機(jī)從低功耗模式喚醒。響應(yīng)中斷時，單片機(jī)先屏蔽KBll及KBI3鍵盤中斷，然后令被調(diào)整的時鐘位閃爍，判斷KZ和K3鍵的按下情況，從而確定時間顯示的變化。當(dāng)調(diào)整完成后，調(diào)整位停止閃爍，CPU開KBll、KBI3中斷，返回ST〔護(hù)模式。由于單片機(jī)在ST()P模式下功耗很低，并且它大部分時間工作在STOP模式下，因此能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的低功耗。
摘自：中國計量測控網(wǎng)
