基于uPSD3234的反射式红外心率检测仪的设计方案 信息, 心血管, 检测仪

本文提出了一种基于uPSD3234的反射式红外心率检测仪的设计方案。方案以单片机uPSD3234作为系统的核心部件，采用匹配滤波等数字信号处理方法得到心率数据，将微电子技术与生物医学工程技术紧密地结合在一起，达到了方案设计的要求，实现了对人体心率的测量。
　　脉搏波源于心脏搏动并由心脏向外周动脉传播。它所呈现出的形态、强度、速率和节律等综合信息，很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血液特征。心率是一项重要的生理指标。它是指单位时间内心脏搏动的次数，是临床常规诊断的生理指标。
　　为了测量心率信号，有许多技术可以应用，例如：血液测量，心声测量，ECG测量等等。本文探讨利用血液的高度不透明性及组织与血液透光性的极大差异，通过光电脉搏传感器获取脉搏信号，经过模-数转换（A/D）后，采样数据经数字化分析处理，以实现对人体心率的测量。
　　1 心率检测仪系统构成及工作原理
　　心率检测仪的主要组成如图1所示。由光电传感器采集脉搏信号，经过前置放大、滤波、单片机uPSD3234A自带的A/D转换模块采样得到脉搏信号的数据并存入存储器中；单片机对所得的数据进行数字信号处理并计算出心率值，结果送显示模块和存储器中。

　　

　　图1数字化心率检测仪原理框图

　　1.1心率信号采集预处理电路
　　脉搏信号采集预处理电路主要是将脉搏波转换成电信号，并进行初步高频滤波预处理。其关键部分就是光电式脉搏传感器。光电式脉搏传感器按光的接收方式可分为透射式和反射式两种。
　　反射式不仅可以精确测得血管内容积变化，而且在实际应用中反射式只需将传感器接触身体任何部位，当照射部位的血流量随心脏跳动而改变时，红外线接收探头便接收到随心脏周期性地收缩和舒张的动脉搏动光脉冲信号，从而采集到心脏搏动信号。
　　本设计采用了反射式红外传感器。图2所示，光电式脉搏传感器采用红外对管KP-2012F3C和KP-2012P3C，反射式排列。KP-2012F3C具有良好的表皮照明度，电流一般设在20mA，亮度由软件通过PWM电流来进行控制，这样能够使红外LED工作在饱和区域，发出稳定光强的光。

　　

　　图2脉搏信号采集预处理电路

　　KP- 2012P3C晶体管采用交流耦合结构来增强对微弱信号放大。经晶体管检测出来的信号采样时分两路。一路是直流信号线路。它是晶体管输出经射随输入单片机的A/D转换通道口0，可用来检测晶体管是否处于有效工作状态；另一路是交流信号线路。它是先经一射极跟随器输入到两级滤波成形电路然后再输入单片机的A /D转换通道1.该滤波电路为两级带通滤波电路，由于脉搏波的频谱蕴含丰富病理信息，特别是在5~40Hz这个区间的频谱携带了大量与冠心病病变有关的信息，故考虑到今后功能的扩展，预处理电路的上下限频率设计为48Hz和0.86Hz.