数字人体心率检测仪的设计1.docx
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数字人体心率检测仪的设计1
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
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1min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。
关键词:
心率;检测仪;压电陶瓷;通信中图分类号:
TN99
收稿日期:
2005210225;修回日期:
2006203202。
0 引 言
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。
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/min或小于45次/min时进行报警以提醒医生注意。
2 系统硬件电路设计
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。
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0.66Hz~3.33Hz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0~5V脉冲信号。
2.2
键盘电路
键盘电路如图3所示。
图3 键盘电路
・
77・第32卷第7期2006年7月 电子工程师 ELECTRONICENGINEER Vol
.32No.7
Jul.2006
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
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
。
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
。
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1Hz,R5为下拉电阻,常态下使UC=0V。
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1kHz。
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。
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8 系统程序流程
・
87・・电子技术应用・电子工程师2006年7月
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。
参 考 文 献
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TheDesignofDigitalHeart2rateMeasuringInstrument
FANHonggang1
FENGCheng2
HUJianguo2
ZHANGLijuan1
(1.HeilongjiangInstituteofScienceandTechnology,Haerbin150027,China;
2.ShandongLaiwuSpecialSteelFactory,Laiwu271100,China
Abstract:
Inthispaper,thesystemcompositionandworkingprincipleofthedigitalheartratemeasuringinstrumentbasedonAT89C51areintroduced,andthedesignmethodofsoftwareandhardwarearepresented.Experimentalresultsshowthatthisinstrumentcanaccuratelycarryouttwokindsofmeasurement:
real2timemeasurementandoneminutetimingmeasurement.Atthesametime,ithassuchfunctionsasreal2timedis2play,alarm,powerfailstorage,measureddatatransfertoPCandsoon.Actualapplicationresultsshowthatthisinstrumenthastheadvantagesofconveniences,accuratemeasurement,lowcostandsoon.Itwillhave
wideapplication.
Keywords:
heartrate;measuringinstrument;piezoelectricceramic;communication
(上接第54页
参 考 文 献
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DifferencesandRelationshipbetweenAssociationRuleMiningand
ClassificationRuleMining
PENGHuiling,LIUFasheng
(JiangxiUniversityofScienceandTechnology,Ganzhou341000,China
Abstract:
Discoveringtheassociationruleandclassificationruleareveryimportanttechniquesofdatamining.Inthispaper,wefirstintroducethebasicknowledgeofdiscoveringassociationruleandclassificationrule,thencomparethemmainlyfromtherespectofgoalofminingandfromthemethodofdiscovering2ruleal2gorithm,thedesignideaetc.Finallyweintroducetherelationshipbetweenthem.
Keywords:
datamining;associationrule;classificationrule
・
97・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・
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