一種基于PIC12C519微處理器的心率檢測和測量方案

1、一種基于PIC12C519散處理器的心率檢測和測量方案原文來自AcademyofRomanianScientistsUniversityofOradea,FacultyofElectricalEngineeringandInformationTechnologyVolume3,Number2,October2010JournalofElectricalandElectronicsEngineeringDigitaldetectionandmeasurementofthecardiacrhythmusingmicrocontroller()摘要：本文提出了一種在急救情況下心率的檢測和測量方法，該

2、方法基于PIC12C519散處理器，并可以通過接口與上位機(jī)通信，可由上位機(jī)對信息進(jìn)行處理。關(guān)鍵字：閾值電壓，急救(UMTurgentmedicaltherapay),波形，心率。一系統(tǒng)介紹：一般情況下，對心率的測量都是對心電圖波形的后續(xù)處理，而這一方法在急救場合下顯得頗為費(fèi)時(shí)，本文提出的新方案基于以下事實(shí)：人體某一部分的對光的透明度受其內(nèi)部血液循環(huán)的影響，因此，隨著心臟跳動所帶來的血液有規(guī)律的流動可以通過簡單的方法監(jiān)測出來。眾所周知，人體內(nèi)血液循環(huán)一直在持續(xù)，選擇的被測部位有可能收到其他部位動脈血液的流動的影響，這種影響反應(yīng)在信號上就是干擾信號，基于以上考慮，人體的手指部位是最佳選擇。手指中的

3、血液流動引起的手指對光透明度可被傳感器所識別。如圖1所示該檢測設(shè)備使發(fā)光二極管LED(lightemittingdiode)和光電三極管，將手指置于其中,當(dāng)LEU作時(shí)，光電三極管接受到信號，該信號中的微弱變化來自于心臟跳動所引起的手指部位光透明度的變化，光電三極管將基極微弱的變化放大反映到集電極，于是便產(chǎn)生了與手指光透明度相關(guān)的電信號。為了獲得準(zhǔn)確的信號，LE邯口光電三極管必須安裝在一個(gè)特殊的基架上，使得當(dāng)把手指放置其中后，光電三極管接受的光信號僅僅為透過手指的來自LEDg射光信號。（如圖圖一信號放大與處理單元主要包括信號放大和信號比較處理環(huán)節(jié)，信號放大環(huán)節(jié)主要作用是將光電三極管集電極的毫伏級

4、的電信號進(jìn)行放大，已達(dá)到下一步處理要求。信號比較處理環(huán)節(jié)主要作用是選擇適當(dāng)?shù)拈撝惦妷簩⑺枰盘柗謷鰜?。心率檢測與測量設(shè)備的功能框圖如圖二所示：圖二測量的準(zhǔn)確度主要依賴于閾值電壓的選擇，由于干擾信號或多或少的存在，閾值電壓的主要作用是將有用的信號從含有干擾信號的原始信號中分離出來。圖三如圖三所示，如果閾值電壓Uprag選擇過大，將沒有信號被檢測由來，如果閾值電壓Uprag選擇過小，波P,R,T均有可能被檢測出來。上述兩種情況所得到得結(jié)果會是不正確的，只有Uprag高于波P,T，低于波R,才能保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。二具體電路：框圖中前兩部分功能電路可以由圖四實(shí)現(xiàn)。圖四光電三極管集電極電壓信號經(jīng)過高

5、馬力?高通濾波器（C3-R3通道），將直流及低頻信號濾掉，運(yùn)放A01為反相比例運(yùn)算放大器，其比例系數(shù)為（R4+R5/R4,C2,C3,C4參數(shù)的選擇取決于被測信號的頻率，C3,C4決定放大器的通頻帶的下限，C2決定放大器的通頻帶的上限。運(yùn)放A02為滯回比較器，調(diào)節(jié)電位器P1可改變滯回放大器的閾值。Uout輸生信號可以作為PCM的輸入信號，由計(jì)算機(jī)程序處理，將結(jié)果顯示在屏幕終端上。在有些便攜設(shè)備或者醫(yī)學(xué)急救（UMTurgentmedicaltherapay）的情況下，不需要個(gè)人計(jì)算機(jī)參與，Uout輸生信號可由單片機(jī)處理。如圖六所示。Input圖六在圖六甲，PIC12C51彈片機(jī)是microchi

6、p公司的一款8位微處理器，內(nèi)置EEPROM儲器，CMOS裝技術(shù)，8腳封裝。需要外接七段數(shù)碼譯碼驅(qū)動集成電路MMC22925Microchip公司的PIC12C519是一款低價(jià)格，高性能，8位全靜態(tài)，內(nèi)置EEPROM/EPROM/Omo涯的微處理器，只有33個(gè)單周期指令，采用精簡指令集（RISC）,僅33條指令。指令字長12位，全部指令都是單字節(jié)指令。除涉及PC®改變的指令外（如跳轉(zhuǎn)指令等），其余指令都是單周期指令。PIC12C519提供了比其同價(jià)格其他產(chǎn)品高由一個(gè)數(shù)量級的性能指標(biāo)，其高對稱的12位長指令集可產(chǎn)生比同級別其他8位處理器高一倍的指令壓縮比，易記憶易使用的指令集使得開發(fā)時(shí)間

7、大大減少。PIC12C519的上電自動復(fù)位（Power-OnResetPOR）和外設(shè)重啟計(jì)時(shí)器（DeviceResetTimerDRT）使得在設(shè)計(jì)時(shí)不在考慮外圍重啟電路。PIC12C519具有全功能宏匯編器，軟件模擬器，仿真器，c編譯器，低端開發(fā)器，和全功能開發(fā)器，所有軟件均可在pc機(jī)上使用，PIC12C519系列單片機(jī)在個(gè)人醫(yī)護(hù)產(chǎn)品，安全防護(hù)系統(tǒng)，低功耗遙控發(fā)射接受設(shè)備等領(lǐng)域均有上乘表現(xiàn)，其EPROMt術(shù)使得用戶程序方便修改其測量參數(shù)或安全設(shè)置密碼，使其可控性更加靈活。其穿孔或貼面封裝使得該系列微處理器在一些設(shè)備尺寸受限的情況下得以廣泛應(yīng)用，其低價(jià)格，低功耗，高性能，易使用性及其I/O口的靈

8、活性使其應(yīng)用廣泛，特別是在以前沒有使用微處理器的場合（如定時(shí)/計(jì)數(shù)器，雙處理器應(yīng)用設(shè)備等）。在程序設(shè)計(jì)中，測量波形R的周期，并隨時(shí)更新計(jì)算被測者的瞬時(shí)心率值，并把瞬時(shí)心率值顯示出來。程序設(shè)計(jì)思路如下：當(dāng)波形R寸應(yīng)的脈沖的上升沿由現(xiàn)時(shí)，計(jì)時(shí)開始直至下一個(gè)脈沖的上升沿由現(xiàn)，計(jì)時(shí)結(jié)束。得到的計(jì)數(shù)值為波形R的周期，計(jì)算由其頻率，并將頻率顯示PCM的屏幕上，或者單片機(jī)系統(tǒng)的七段數(shù)碼管或者液晶屏上(LEDorliquidcrystaldisplay)。其程序框圖如圖8所示。圖8眾所周知，人的心率不是個(gè)常數(shù)，人的心率值隨著環(huán)境場合，人體生理狀況的變化而不斷變化的，這一情況可在程序中體現(xiàn)出來，編程時(shí)，應(yīng)考慮瞬時(shí)心率和平均心率值(60秒)，心率變化趨勢。如果PCM含有模數(shù)轉(zhuǎn)化器