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基于单片机设计的心率检测仪

作者：郑开明

来源：《电脑知识与技术》2012年第06期

摘要：心率功能的检测在整个医疗过程中尤为重要。心率功能的检测对了解循环系统的疾

病和其它病情的分析是不可缺少的。该文介绍了是以单片机89C51为核心，配上光电传感器、

放大器、键盘、显示器等少量的硬件组成的体积小、功能强和自动化高的多功能心率检测仪。

关键词：光电传感器；心率检测；单片机

中图分类号：TP338文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)06-1431-03

TheHeartRateDetectorBasedonSCM

ZHENGKai-ming

(ChongqingIndustrialSchool,Chongqing400043,China)

indispensable.Thisarticledescribesthe89C51microcontrolleristhecore,cou?pledwithoptical

sensors,amplifiers,keyboards,monitorsandotherhardwarecomponentsofasmallnumberofsmall,

powerfulandversa?tileautomatedhighheartratedetector.

Keywords:photoelectricsensor;heartratedetector;SCM

心脏病是危险人类健康的主要疾病，多年来有无数本很健康的人，却患上的心脏病，这种

疾病无论是在心理上还是生理上多给人们带来极大的痛苦，那么这样对该病早期的防治具有了

重要的意义，能及早的发现病情，及时的治疗是很重要的，而心率的检测对心脏病和其它病情

的分析是不可缺少的，在整个医疗过程中具有非常重要的作用。

目前，有些医院使用的各种心率监测仪器抗干扰性差，开发成本高，价格昂贵，即便用于

心率信号采集的传感器也价格不菲。如果心率监测的仪器能够做到体积小，制作成本和销售价

格低、操作简单，能被普通家庭患者接受，这无疑为临床诊断和个人保健使用提供了方便。

1测量原理

血液是一种高度不透明液体。近红外单色光在一般组织中的穿透性比在血液中大几十倍。

皮肤内的血液容积在心脏作用下呈波动性变化，当心脏收缩时外周血容量最多，而心脏舒张时

则外周血容量减小。因此，随着人体心率或脉搏的变化，使组织中血液透光率随之变化，也就

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是说恒定波长的光照射到人体组织后，通过人体组织吸收衰减后测量到的光强的变化与心率的

变化一致的。人体指尖组织中的动脉成分含量高，而且指尖厚度相对人体其他组织而言比较

薄，透过手指后检测到的光强相对教大，因此，光电式心率或脉搏传感器的检测部位通常在人

体指尖，可以认为光透过手指后的变化仅由动脉血的充盈而引起的，那么在恒定波长的光源的

照射下，通过检测透过手指的光强可以间接测量到人体的心率及脉搏信号。

2硬件电路设计

基于单片机的心率检测仪的系统原理框图如图1所示，它由光电传感器检测电路、放大整

形电路、键盘接口电路、数码显示电路以及微型打印机接口电路组成。

图1系统原理框图

光电检测电路2.1

根据设计的要求，设计了指套式的透射型光电传感器,传感器由发光二极管和光敏三极管

组成,指套减少了外界光的干扰，其实际结构如图2所示。它是利用肌肉部分比较容易透射光

线，而血液部分对光有一定的吸收作用的原理制成的。光源使用发光二极管，装在传感器的上

侧，另一侧装有光电接收器（光敏二极管或光敏三极管）。

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图2光电检测结构图

当人的手指伸进传感器内时，指端血管血液容积在心脏内循环过程中呈搏动性变化，故它

对光的吸收衰减能力也是脉动的。于是由光电接收器获得的信号便反映了手指动脉血液溶剂搏

动变化的情况。这样，光电接收器的输出的电流呈周期性变化，经放大后就得到周期性变化的

脉搏波动信号，再将其整形成脉冲波后就送入计算机进行计算和处理。值得注意的是，在心率

检测过程中，伸进传感器被测者的手指头对