基于单片机和自相关计算的胎心监测仪的实现.doc

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基“:于誉靖“撬蔫I舞相关 计算的胎心监测仪的实现 朱韶红L2郭风2 1北京工业大学 2北京物资学院信息学院 1 01149 摘要 监测胎儿心率是保障胎儿正常发育,实现优 生优育的一个重要手段。本文介绍了以 AT89C51单片机为核心部件,以自相关算法处 理数据为技术关键的超声多普勒胎心监测仪 的实现方案。该方案由两片单片机分别担任 取样和自相关计算的任务.很好地解决了低 档单片机运行速度不够的问题,这也是所述 方案的一个重要特点。 关键词 胎心监测仪;单片机;自相关  用。 目前一些厂家所生产的胎心监测仪多 采用放大、整形、计数的方法对超声探 头的所接收的信号进行处理,或在放 大、整形的基础上进行数字滤波,将高 频部分滤除,得到包含胎儿心跳信息的 低频部分,通过低频信号频率,计算出 胎心率。这种基于模拟和数字滤波的方l 法有某些优点,但是这些方法存在从含 有噪声的信号中提取信息的能力不够强的  数值,利用其自相关函数峰值的位置即 可确定周期性信号的周期和频率。同样,对 胎心信号进行采样、存储,根据测量范围 取不同的延时值,计算自相关函数值。当 自相关函数值最大时,由其T值即可计算 出胎心信号的频率。 2.胎心监测仪的硬件设计 超声多普勒胎心监测仪主要由超声多 普勒胎心探头、前置放大器、放大检 波、脉冲形成、数-9-处理、LED显示等 问题,因而导致测量的精度不理想。本J单元组成,整个系统以数字处理单元为 文提出了一种基于单片机和自相关计算的f核心。 超声多普勒胎心监测仪设计方案,并可 超声多普勒胎心探头所接收到的胎心 将测得结果通过数码管显示,极大方便|信号经过放大检波和脉冲形成电路,得 1.引言 了用户的使用。 I!U J{台JL心跳的脉冲信号,对该信号进行 胎儿心率是评判胎儿状况的重要信 信号的自相关函数是指信号与其延时I计数即可计算出胎儿的心率,但由于各 息,正常胎儿的心跳速率大约为每分钟 120次~160次。当胎儿的心跳速率低于 信号的相似性,它是一个时间函数,无 论是随机信号还是周期性信号,其自相 种噪声干扰,导致测量数据不准确。为 此,8-脉冲信号送入数-9-处理单元做自 每分钟99次或大于每分钟180次,就属于 心率异常。出现胎儿心率异常的原因大 关函数不仅与波形有关,而且还与其频I相关计算,计算l士l J{#Jb心率并送到显示 率有关。币,IHI自相关函数可从噪声中恢l部分显示。 多数是由于,il#Jb缺血、缺氧造成的,严 复有用信号…。 数字处理单元由采样和显示控制单 重的胎儿缺血、缺氧会导致出生缺陷, 信号x(t)的自相关函数定义为:l元、相关计算单元组成。 出生缺陷目前已成为影响我国人IZl质量的 一个严重问题。因此要实现优生优育, R。“):lim一1 h,),(,一t瑚 了茹1。 采样和显示控lli,{单元的电路主要由一 l片ATMEL的AT89C1051单片机构成的, 提高我国的人口质量,应该密切关注胎 Jb,6,率的变化情况。 随着现代电子技术的不断发展,采 用超声多普勒原理的胎心检查已经普及。 即信号x(t)与其延时变换式相_L其主要功能是负责对脉冲形成电路所输出 乘,然后求乘积在T秒内积分的平均值。l的胎心信号进行采样并将采样数据组织成 对于数字系统而言,平均是指把信号以I字节数据,以中断方式送到相关计算单 t秒为周期进行采样,然后将N个采样I元的外部数据存储器存储。同时相关计 在为孕妇进行一般常规检查时多采用多普 勒胎心监测仪,用于检查胎儿心率是否 正常。这种产品操作简单、使用方便, 价格比较便宜,不但占据着一定的医疗 点值相乘并求和,即: … o):上争。(丛,)。(^出一t) 商 根据自相关函数的性质,当r的取I l算单元计算出结果后再以中断方式将计算 l结果送回该芯片,由该芯片负责将结果通 l过LED显示出来。 在采样单元中,关键是采样频率的 市场,甚至还有进一步走入家庭的趋 值刚好等于信号的周期时,其自相关函『确定,正常的胎儿心率范围是120~160 势,特别是在我国的一些县、乡、镇医 院,多普勒胎心监测仪有着广泛的应  万方数据 数存在峰值。因此可根据信号的带宽取 不同的T值(即延时值)计算自相关函I 拍/分,为此将胎心仪的测量范围定为 60~210拍/分,为了达到1拍的分辨率, 也就是使胎心仪能够区分209拍和2  1 0  再次等于0lH时,表示已采样到一个字节  个字节中,需要将相邻的两个字节中的 拍,计算的时间分辨率应为: △r:旦一旦: 209 210 0.2870814-0.2857142=0.0013672(秒) 对该数求倒数,求得采样频率为: 的数据,通过P3口的P3.7向相

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