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微功耗光電式脈搏測(cè)量?jī)x
發(fā)布時(shí)間：2017-11-22
1光電容積脈搏波測(cè)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(dòng)性變化，當(dāng)心臟收縮時(shí)外周血容量最多，而心臟舒張時(shí)則外周血容量減小。血容積搏動(dòng)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(cè)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(dòng)的光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)的電信號(hào)。在檢測(cè)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(jì)該系統(tǒng)具有雙功能:測(cè)量時(shí)顯示人體脈搏次數(shù);平時(shí)則作為電子表使用，可顯示時(shí)間，日期等。系統(tǒng)由脈搏信號(hào)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(hào)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，完成脈搏計(jì)數(shù)與實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能。液晶顯示模塊提供一個(gè)直觀界面，顯示出脈搏數(shù)或時(shí)鐘值。脈搏信號(hào)提取電路系統(tǒng)采用紅外發(fā)射接收對(duì)管作為傳感器件，完成電一光，光一電轉(zhuǎn)換。測(cè)量時(shí)，對(duì)管窗口朝向被測(cè)部位。因?yàn)槿说氖种改┒撕胸S富的小動(dòng)脈，有豐富的血液動(dòng)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(cè)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(gè)穩(wěn)流驅(qū)動(dòng)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(dòng)脈脈搏波是低頻、微弱的生理信號(hào)。光電傳感器拾取的指端容積脈搏波信號(hào)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(dòng)脈脈搏信號(hào)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?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)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(hào)經(jīng)過(guò)電容G與下一級(jí)濾波放大器禍合。為了使用單片機(jī)對(duì)脈搏進(jìn)行計(jì)數(shù)，利用OPo7組成一個(gè)電壓比較器，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。
實(shí)現(xiàn)四個(gè)功能:①對(duì)脈搏信號(hào)計(jì)數(shù)，利用脈搏計(jì)數(shù)算法得到一分鐘的脈搏數(shù)。②顯示時(shí)間，并且進(jìn)行時(shí)間調(diào)整。③完成脈搏測(cè)量與時(shí)鐘的切換。④進(jìn)行脈搏測(cè)量時(shí)，控制電路為信號(hào)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(cè)量模式與時(shí)鐘模式的轉(zhuǎn)換按鍵，KZ為調(diào)整時(shí)鐘的分位與時(shí)位的控制鍵，K3用于時(shí)間調(diào)整模式下，每按下一次時(shí)間顯示值加1。PTB4腳輸出低電平，給脈搏信號(hào)采集電路供電。PTAI腳是脈搏信號(hào)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(jì)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(jì)數(shù)器，使定時(shí)器工作在取模運(yùn)行狀態(tài)。(2)時(shí)鐘處理中斷子程序:M68HCgo8QY4的時(shí)間接口模塊TIM產(chǎn)生秒級(jí)定時(shí)。當(dāng)一秒鐘到定時(shí)器溢出產(chǎn)生中斷申請(qǐng)時(shí)，將單片機(jī)從低功耗模式喚醒，進(jìn)人中斷子程序，對(duì)秒、分、小時(shí)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(cè)量中斷子程序:當(dāng)測(cè)量鍵Kl按下時(shí)，單片機(jī)被喚醒，進(jìn)人測(cè)量模式。PT以輸出低電平，通過(guò)電源控制電路，給采集電路供電，并等待脈搏信號(hào)輸人。若6秒內(nèi)無(wú)信號(hào)輸人，單片機(jī)從中斷返回。若有信號(hào)，在中斷子程序中對(duì)脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行處理，計(jì)算出一分鐘的脈搏數(shù)，并將處理結(jié)果送顯示存儲(chǔ)單元。測(cè)量持續(xù)時(shí)間到了半分鐘時(shí)，停止計(jì)算脈搏，PTB4腳輸出高電平，信號(hào)采集電路停止供電，顯示屏開(kāi)始顯示時(shí)間，單片機(jī)返回STOP模式。(4)時(shí)間調(diào)整中斷子程序:當(dāng)KZ鍵按下時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)鍵盤(pán)中斷，將單片機(jī)從低功耗模式喚醒。響應(yīng)中斷時(shí)，單片機(jī)先屏蔽KBll及KBI3鍵盤(pán)中斷，然后令被調(diào)整的時(shí)鐘位閃爍，判斷KZ和K3鍵的按下情況，從而確定時(shí)間顯示的變化。當(dāng)調(diào)整完成后，調(diào)整位停止閃爍，CPU開(kāi)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(shí)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(guó)計(jì)量測(cè)控網(wǎng)
