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1  引言
心率是指人體心臟每分鐘搏動(dòng)的次數(shù)。它是反映心臟是否正常工作的一個(gè)重要參數(shù),同時(shí)心率值也是衡量體力勞動(dòng)強(qiáng)度和腦力勞動(dòng)強(qiáng)度的重要指標(biāo)。因此心率的測(cè)量是一種評(píng)價(jià)病人生理狀況很好的方法。
心率計(jì)是用于測(cè)量心率值的的醫(yī)療設(shè)備,它的應(yīng)用在心血管疾病的研究和診斷方面發(fā)揮出顯著的作用,它所記錄的心臟活動(dòng)時(shí)的生物電信號(hào),已成為臨床診斷的重要依據(jù)[1]。隨著電子科技的不斷發(fā)展,生命科學(xué)和信息科學(xué)的結(jié)合越來(lái)越緊密,許多研究人員都投身于人類(lèi)健康事業(yè)發(fā)展中來(lái)[2]。Holter(動(dòng)態(tài)心電圖)的出現(xiàn),使心電圖機(jī)進(jìn)入家庭變成可能,但是基于心電工作站的模式,使個(gè)別地區(qū)的患者因醫(yī)院分析診斷系統(tǒng)的不健全,而變得不適應(yīng)?；谇度胧郊癉SP的心電監(jiān)護(hù)儀功能強(qiáng)大,但又因芯片價(jià)格的高昂而有悖于我國(guó)的基本國(guó)情。古老的手動(dòng)式聽(tīng)診器價(jià)格便宜,但這樣大大占用了人力資源,而且在沒(méi)有醫(yī)生的情況下不方便測(cè)量,大大影響了疾病的預(yù)防工作。因此,對(duì)一種既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用,方便測(cè)量的心率計(jì)的研究顯得尤為重要?；谶@一目的,設(shè)計(jì)了一種方便測(cè)量人的心跳,而且價(jià)格便宜,并且符合我國(guó)人均收入水平的心率計(jì)。
目前,市場(chǎng)上存在了一些心率計(jì),但是價(jià)格較高,不利于心率計(jì)的普及,因此通過(guò)選用較為常見(jiàn)的電子器件,測(cè)量過(guò)程操作簡(jiǎn)單,成品心率計(jì)成本較低,進(jìn)行批量化生產(chǎn)后成本價(jià)格不足20元,性能好,能夠動(dòng)態(tài)顯示人的心跳數(shù)的變化,并將一分鐘人的心跳數(shù)保持并顯示出

來(lái),記錄完數(shù)據(jù)后,可以連續(xù)測(cè)量。隨著生活節(jié)奏的加快,人們工作壓力較大,而且更加關(guān)注自身的健康。此次設(shè)計(jì)的心率計(jì)消費(fèi)格較低,適用絕大部分消費(fèi)人群,因此有好的市場(chǎng)前景。,

2  硬件電路設(shè)計(jì)
單片機(jī)處理電路是心率計(jì)的核心,圖1為單片機(jī)的系統(tǒng)框圖。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入心率信號(hào)的計(jì)數(shù),并通過(guò)指示燈來(lái)指示各項(xiàng)操作,最后通過(guò)數(shù)碼管將心率數(shù)值顯示出來(lái)。

心率計(jì)的總體設(shè)計(jì)電路框圖如圖2所示,主要包括信號(hào)采集電路、放大電路、比較電路、單片機(jī)處理電路和顯示電路[3]。先用紅外光電傳感器采集與心跳同頻率的信息,當(dāng)人體組織半透明度的數(shù)值較大時(shí),紅外光電二極管Dl發(fā)射出的透過(guò)人體組織的光強(qiáng)度很弱,光敏三極管無(wú)法導(dǎo)通,所以輸出端為高電平;當(dāng)人體組織半透明度的數(shù)值較小時(shí),紅外光電二極管Dl發(fā)射出的透過(guò)人體組織的光強(qiáng)度較強(qiáng),光敏三極管導(dǎo)通,輸出端為低電平,這樣就形成了頻率與脈搏次數(shù)成正比的低頻信號(hào),它近似于正弦波形．脈搏為50次/分時(shí),頻率是0．83Hz,脈搏為199次/分時(shí),頻率是3．32Hz,從傳感器過(guò)來(lái)的是低頻信號(hào)[4]。
該低頻信號(hào)經(jīng)隔直流電容輸送給放大器。放大器將信號(hào)放大100倍,通過(guò)兩階低通濾波器濾除殘留的干擾。利用放大器的非線性應(yīng)用,連成比較器,將輸入的信號(hào)與基準(zhǔn)電壓比較后,輸出標(biāo)準(zhǔn)的方波,做為單片機(jī)電路的輸入信號(hào)[5]。該信號(hào)通過(guò)P1.3引腳送到單片機(jī)后,軟件對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理,最后在數(shù)碼管上顯示數(shù)值。

3  系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與分析
心率計(jì)的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序和定時(shí)器0、 1中斷子程序兩部分組成。由于采用了匯編語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì),能夠更快更高效的精細(xì)計(jì)算數(shù)據(jù)采樣的時(shí)間,提高測(cè)量人在一分鐘的心跳數(shù)的精確度,從而進(jìn)行準(zhǔn)確的時(shí)間定時(shí),保證測(cè)量心跳的準(zhǔn)確性和可靠性。

2) 測(cè)量過(guò)程中手指的抖動(dòng)。
光電傳感器TCRT5000檢測(cè)到的人體信號(hào)很微弱,

手指的一點(diǎn)抖動(dòng)都會(huì)引起測(cè)量心跳值的大幅變化。為了解決這個(gè)問(wèn)題,在設(shè)計(jì)中,把TCRT5000兩側(cè)距離固定死,這樣在測(cè)量的時(shí)候只要人盡量保持手指不動(dòng),就可以大大減小手指抖動(dòng)對(duì)試驗(yàn)的影響。
(3) 呼吸的影響。 
試驗(yàn)的原理主要是血液中的含氧量的變化進(jìn)而導(dǎo)致人體組織變化而測(cè)量心跳的,這樣均勻呼吸和急促呼吸就將使得人體內(nèi)的含氧量大大不同。據(jù)試驗(yàn)所得,當(dāng)人運(yùn)動(dòng)之后呼吸會(huì)比較劇烈,這時(shí)他的心跳值就會(huì)隨之變大。正常情況下,心率指的是當(dāng)人心平氣和的時(shí)候的心跳值

5  結(jié)束語(yǔ)
本設(shè)計(jì)適用于9—12v直流電壓,心率計(jì)通電后,將手指放在紅外光電傳感器上保持手平穩(wěn),即可檢測(cè)到人體的信號(hào),并在數(shù)碼管中動(dòng)態(tài)顯示,到一分鐘后數(shù)碼管顯示數(shù)保持不變等待記錄心率值。同時(shí)隨著生活節(jié)奏的加快,心臟病的發(fā)病幾率較高,通過(guò)對(duì)心率的測(cè)量可以有效的防止疾病的發(fā)生。這種心率計(jì)的設(shè)計(jì)成本較低,適合大部分人群,其執(zhí)行效率高,時(shí)間定時(shí)準(zhǔn)確,能夠保證測(cè)量心跳的精確性,具有廣闊的市場(chǎng)前景。