微功耗光电式脉搏测量仪
发布时间：2017-11-22
1光电容积脉搏波测量
血液是一种高度不透明液体。近红外单色光在一般组织中的穿透性比在血液中大几十倍[l〕。皮肤内的血液容积在心脏作用下呈波动性变化，当心脏收缩时外周血容量最多，而心脏舒张时则外周血容量减小。血容积搏动使组织中血液透光率随之变化。当光源和光敏元件置于被测部位(如手指)的同一侧(或两侧)，光源发出的光照射在组织上，经折射、反射(或透射)后被光敏元件接收[2]。光敏元件将脉动的光强度信号转变为脉动的电信号。在检测系统中将变化量与直流量相互分离，从而得到光电容积脉搏波。本系统采用的是反射式结构。
2系统组成
为实用，设计该系统具有双功能:测量时显示人体脉搏次数;平时则作为电子表使用，可显示时间，日期等。系统由脉搏信号提取电路，单片机控制电路及液晶显示模块组成。其中，恒流源、光电传感器、滤波放大器以及A--D转换电路一起组成脉搏信号提取电路，获取稳定的光电容积脉搏波，进行模数转换。单片机控制处理部分对系统进行控制，完成脉搏计数与实时时钟功能。液晶显示模块提供一个直观界面，显示出脉搏数或时钟值。脉搏信号提取电路系统采用红外发射接收对管作为传感器件，完成电一光，光一电转换。测量时，对管窗口朝向被测部位。因为人的手指末端含有丰富的小动脉，有丰富的血液动力学和生物化学方面的信息，并且面积小，容易定位，所以选择指尖作为测量部位。
光源电路的关键是保持发光二极管发射光强稳定。这里采用了一个稳流驱动电路为发光二极管提供恒定电流，使它发出的光强恒定。如图1所示，改变R:的阻值，可以改变二极管的发射光强。动脉脉搏波是低频、微弱的生理信号。光电传感器拾取的指端容积脉搏波信号很微弱，一般在几毫伏到十几毫伏，必须滤波和放大，以满足采集的要求。动脉脉搏信号频率基本限制在0.1一20Hz以内。为了去除高频干扰，尤其是50Hz的工频干扰，我们设计了一个限幅低通滤波器，其截止频率为15Hz。该电路具有高输人阻抗，低输人失调电压，小的漂移。输出信号经过电容G与下一级滤波放大器祸合。为了使用单片机对脉搏进行计数，利用OPo7组成一个电压比较器，完成模数转换。
实现四个功能:①对脉搏信号计数，利用脉搏计数算法得到一分钟的脉搏数。②显示时间，并且进行时间调整。③完成脉搏测量与时钟的切换。④进行脉搏测量时，控制电路为信号采集电路提供电源。
单片机与外围电路的连接如图2所示。其中，Kl为脉搏测量模式与时钟模式的转换按键，KZ为调整时钟的分位与时位的控制键，K3用于时间调整模式下，每按下一次时间显示值加1。PTB4脚输出低电平，给脉搏信号采集电路供电。PTAI脚是脉搏信号的输人端。
为降低功耗，本系统所实现的功能都是在中断子程序中完成的，具体设计如下:(l)单片机上电复位后，先进行配置寄存器的设置，并初始化TIM计数器，使定时器工作在取模运行状态。(2)时钟处理中断子程序:M68HCgo8QY4的时间接口模块TIM产生秒级定时。当一秒钟到定时器溢出产生中断申请时，将单片机从低功耗模式唤醒，进人中断子程序，对秒、分、小时及日期等数据进行处理，送人显示缓冲，然后单片机返回ST()P模式。(3)脉搏测量中断子程序:当测量键Kl按下时，单片机被唤醒，进人测量模式。PT以输出低电平，通过电源控制电路，给采集电路供电，并等待脉搏信号输人。若6秒内无信号输人，单片机从中断返回。若有信号，在中断子程序中对脉冲个数进行处理，计算出一分钟的脉搏数，并将处理结果送显示存储单元。测量持续时间到了半分钟时，停止计算脉搏，PTB4脚输出高电平，信号采集电路停止供电，显示屏开始显示时间，单片机返回STOP模式。(4)时间调整中断子程序:当KZ键按下时，产生一个键盘中断，将单片机从低功耗模式唤醒。响应中断时，单片机先屏蔽KBll及KBI3键盘中断，然后令被调整的时钟位闪烁，判断KZ和K3键的按下情况，从而确定时间显示的变化。当调整完成后，调整位停止闪烁，CPU开KBll、KBI3中断，返回ST〔护模式。由于单片机在ST()P模式下功耗很低，并且它大部分时间工作在STOP模式下，因此能够实现系统的低功耗。
摘自：中国计量测控网
