微功耗光電式脈搏測量儀
發布時間：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〕。皮膚內的血液容積在心臟作用下呈波動性變化，當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。當光源和光敏元件置于被測部位(如手指)的同一側(或兩側)，光源發出的光照射在組織上，經折射、反射(或透射)后被光敏元件接收[2]。光敏元件將脈動的光強度信號轉變為脈動的電信號。在檢測系統中將變化量與直流量相互分離，從而得到光電容積脈搏波。本系統采用的是反射式結構。
2系統組成
為實用，設計該系統具有雙功能:測量時顯示人體脈搏次數;平時則作為電子表使用，可顯示時間，日期等。系統由脈搏信號提取電路，單片機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轉換電路一起組成脈搏信號提取電路，獲取穩定的光電容積脈搏波，進行模數轉換。單片機控制處理部分對系統進行控制，完成脈搏計數與實時時鐘功能。液晶顯示模塊提供一個直觀界面，顯示出脈搏數或時鐘值。脈搏信號提取電路系統采用紅外發射接收對管作為傳感器件，完成電一光，光一電轉換。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和生物化學方面的信息，并且面積小，容易定位，所以選擇指尖作為測量部位。
光源電路的關鍵是保持發光二極管發射光強穩定。這里采用了一個穩流驅動電路為發光二極管提供恒定電流，使它發出的光強恒定。如圖1所示，改變R:的阻值，可以改變二極管的發射光強。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。為了去除高頻干擾，尤其是50Hz的工頻干擾，我們設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，低輸人失調電壓，小的漂移。輸出信號經過電容G與下一級濾波放大器禍合。為了使用單片機對脈搏進行計數，利用OPo7組成一個電壓比較器，完成模數轉換。
實現四個功能:①對脈搏信號計數，利用脈搏計數算法得到一分鐘的脈搏數。②顯示時間，并且進行時間調整。③完成脈搏測量與時鐘的切換。④進行脈搏測量時，控制電路為信號采集電路提供電源。
單片機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換按鍵，KZ為調整時鐘的分位與時位的控制鍵，K3用于時間調整模式下，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，本系統所實現的功能都是在中斷子程序中完成的，具體設計如下:(l)單片機上電復位后，先進行配置寄存器的設置，并初始化TIM計數器，使定時器工作在取模運行狀態。(2)時鐘處理中斷子程序:M68HCgo8QY4的時間接口模塊TIM產生秒級定時。當一秒鐘到定時器溢出產生中斷申請時，將單片機從低功耗模式喚醒，進人中斷子程序，對秒、分、小時及日期等數據進行處理，送人顯示緩沖，然后單片機返回ST()P模式。(3)脈搏測量中斷子程序:當測量鍵Kl按下時，單片機被喚醒，進人測量模式。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秒內無信號輸人，單片機從中斷返回。若有信號，在中斷子程序中對脈沖個數進行處理，計算出一分鐘的脈搏數，并將處理結果送顯示存儲單元。測量持續時間到了半分鐘時，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，單片機返回STOP模式。(4)時間調整中斷子程序:當KZ鍵按下時，產生一個鍵盤中斷，將單片機從低功耗模式喚醒。響應中斷時，單片機先屏蔽KBll及KBI3鍵盤中斷，然后令被調整的時鐘位閃爍，判斷KZ和K3鍵的按下情況，從而確定時間顯示的變化。當調整完成后，調整位停止閃爍，CPU開KBll、KBI3中斷，返回ST〔護模式。由于單片機在ST()P模式下功耗很低，并且它大部分時間工作在STOP模式下，因此能夠實現系統的低功耗。
摘自：中國計量測控網
