一种基于PIC12C519微处理器心率检测和测量方案.doc

一种基于PIC12C519微处理器的心率检测和测量方案 原文来自Academy of Romanian Scientists University of Oradea, Faculty of Electrical Engineering and Information TechnologyVolume 3, Number 2, October 2010 Journal of Electrical and Electronics Engineering Digital detection and measurement of the cardiac rhythm using microcontroller（page.67） 摘要：本文提出了一种在急救情况下心率的检测和测量方法，该方法基于PIC12C519微处理器，并可以通过接口与上位机通信，可由上位机对信息进行处理。 关键字：阈值电压，急救（UMT urgent medical therapay）,波形，心率。 一 系统介绍：一般情况下，对心率的测量都是对心电图波形的后续处理，而这一方法在急救场合下显得颇为费时，本文提出的新方案基于以下事实：人体某一部分的对光的透明度受其内部血液循环的影响，因此，随着心脏跳动所带来的血液有规律的流动可以通过简单的方法监测出来。众所周知，人体内血液循环一直在持续，选择的被测部位有可能收到其他部位动脉血液的流动的影响，这种影响反应在信号上就是干扰信号，基于以上考虑，人体的手指部位是最佳选择。手指中的血液流动引起的手指对光透明度可被传感器所识别。如图1所示该检测设备使发光二极管LED（light emitting diode）和光电三极管，将手指置于其中,当LED工作时，光电三极管接受到信号，该信号中的微弱变化来自于心脏跳动所引起的手指部位光透明度的变化，光电三极管将基极微弱的变化放大反映到集电极，于是便产生了与手指光透明度相关的电信号。为了获得准确的信号，LED和光电三极管必须安装在一个特殊的基架上，使得当把手指放置其中后，光电三极管接受的光信号仅仅为透过手指的来自LED发射光信号。（如图一） 图一 信号放大与处理单元主要包括信号放大和信号比较处理环节，信号放大环节主要作用是将光电三极管集电极的毫伏级的电信号进行放大，已达到下一步处理要求。信号比较处理环节主要作用是选择适当的阈值电压将所需要信号分拣出来。 心率检测与测量设备的功能框图如图二所示： 图二 测量的准确度主要依赖于阈值电压的选择，由于干扰信号或多或少的存在，阈值电压的主要作用是将有用的信号从含有干扰信号的原始信号中分离出来。 图三 如图三所示，如果阈值电压Uprag选择过大，将没有信号被检测出来，如果阈值电压Uprag选择过小，波P,R,T均有可能被检测出来。上述两种情况所得到得结果会是不正确的，只有Uprag高于波P, T，低于波R,才能保证结果的准确性。 二 具体电路：框图中前两部分功能电路可以由图四实现。 图四 光电三极管集电极电压信号经过高马力？高通滤波器（C3-R3通道），将直流及低频信号滤掉，运放A01为反相比例运算放大器，其比例系数为（R4+R5）/R4，C2,C3,C4参数的选择取决于被测信号的频率，C3,C4决定放大器的通频带的下限，C2决定放大器的通频带的上限。运放A02为滞回比较器，调节电位器P1可改变滞回放大器的阈值。Uout输出信号可以作为PC机的输入信号，由计算机程序处理，将结果显示在屏幕终端上。 在有些便携设备或者医学急救（UMT urgent medical therapay）的情况下，不需要个人计算机参与，Uout输出信号可由单片机处理。如图六所示。 图六 在图六中，PIC12C519单片机是microchip公司的一款8位微处理器，内置EEPROM存储器，CMOS封装技术，8脚封装。需要外接七段数码译码驱动集成电路MMC22925。 Microchip公司的PIC12C519是一款低价格，高性能，8位全静态，内置EEPROM/EPROM/ROM的mos型的微处理器，只有33个单周期指令，采用精简指令集（RISC），仅33条指令。指令字长12位，全部指令都是单字节指令。除涉及PC值改变的指令外（如跳转指令等），其余指令都是单周期指令。 PIC12C519提供了比其同价格其他产品高出一个数量级的性能指标，其高对称的12位长指令集可产生比同级别其他8位处理器高一倍的指令压缩比，易记忆易使用的指令集使得开发时间大大减少。PIC12C519的上电自动复位（Power-On Reset POR）和外设重启计时器（Device Reset