一種基于PIC12C519微處理器的心率檢測(cè)和測(cè)量方案

1、一種基于PIC12C519散處理器的心率檢測(cè)和測(cè)量方案原文來(lái)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(cè)和測(cè)量方法，該

2、方法基于PIC12C519散處理器，并可以通過(guò)接口與上位機(jī)通信，可由上位機(jī)對(duì)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(duì)心率的測(cè)量都是對(duì)心電圖波形的后續(xù)處理，而這一方法在急救場(chǎng)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(duì)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(dòng)所帶來(lái)的血液有規(guī)律的流動(dòng)可以通過(guò)簡(jiǎn)單的方法監(jiān)測(cè)出來(lái)。眾所周知，人體內(nèi)血液循環(huán)一直在持續(xù)，選擇的被測(cè)部位有可能收到其他部位動(dòng)脈血液的流動(dòng)的影響，這種影響反應(yīng)在信號(hào)上就是干擾信號(hào)，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(dòng)引起的手指對(duì)光透明度可被傳感器所識(shí)別。如圖1所示該檢測(cè)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(hào)，該信號(hào)中的微弱變化來(lái)自于心臟跳動(dòng)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(hào)。為了獲得準(zhǔn)確的信號(hào)，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(hào)僅僅為透過(guò)手指的來(lái)自LEDg射光信號(hào)。（如圖圖一信號(hào)放大與處理單元主要包括信號(hào)放大和信號(hào)比較處理環(huán)節(jié)，信號(hào)放大環(huán)節(jié)主要作用是將光電三極管集電極的毫伏級(jí)

4、的電信號(hào)進(jìn)行放大，已達(dá)到下一步處理要求。信號(hào)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?hào)分揀出來(lái)。心率檢測(cè)與測(cè)量設(shè)備的功能框圖如圖二所示：圖二測(cè)量的準(zhǔn)確度主要依賴于閾值電壓的選擇，由于干擾信號(hào)或多或少的存在，閾值電壓的主要作用是將有用的信號(hào)從含有干擾信號(hào)的原始信號(hào)中分離出來(lái)。圖三如圖三所示，如果閾值電壓Uprag選擇過(guò)大，將沒(méi)有信號(hào)被檢測(cè)由來(lái)，如果閾值電壓Uprag選擇過(guò)小，波P,R,T均有可能被檢測(cè)出來(lái)。上述兩種情況所得到得結(jié)果會(huì)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(hào)經(jīng)過(guò)高

5、馬力?高通濾波器（C3-R3通道），將直流及低頻信號(hào)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(cè)信號(hào)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(hào)可以作為PCM的輸入信號(hào)，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(hào)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(chǔ)器，CMOS裝技術(shù)，8腳封裝。需要外接七段數(shù)碼譯碼驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)指令集（RISC）,僅33條指令。指令字長(zhǎng)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(jí)的性能指標(biāo)，其高對(duì)稱的12位長(zhǎng)指令集可產(chǎn)生比同級(jí)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(kāi)發(fā)時(shí)間

7、大大減少。PIC12C519的上電自動(dòng)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(kāi)發(fā)器，和全功能開(kāi)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(cè)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(méi)有使用微處理器的場(chǎng)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(cè)量波形R的周期，并隨時(shí)更新計(jì)算被測(cè)者的瞬時(shí)心率值，并把瞬時(shí)心率值顯示出來(lái)。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(kāi)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(chǎng)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(lái)，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(shì)。如果PCM含有模數(shù)轉(zhuǎn)化器