第２ｌ卷第１期２００５年３月
齐齐哈尔大学学报
ＪｏｕｍａＩｏｆＱｉｑｉｈａｒＵｎｉＶｅｒｓＩｔｙ
Ｖ０１．２１．Ｎｏ．１
Ｍａｒｃｈ．２００５电子心率计的开发与设计
曲凤成１张景林２张秀平３
（１．黑河学院电教系，黑河１６４３００；２．齐齐哈尔大学计算机网络与电教中心，齐齐哈尔１６１００６；３．黑河学院物理系，黑河１６４３００）
摘要：设计了电子心率计，利用单片机的定时／计数功能，实现人体心率的测量、显示。
关键词：电子心率计；单片机；动态显示
中图分类号：ＴＨ７７２＋．２文献标识码：Ａ文章编号：１００７—９８４Ｘ（２００５）０１一００７６－０３
随着现代医学的不断发展和进步，人们对各种测量仪器的要求必然越来越高，因此本文开发并设计了一款性价比比较高的电子心率计，它解决了传统测量方法的不准确性和随机性，而且能够准确的澳４量出人体的心率，并以数字的方式将测量结果显示。
ｌ系统整体设计思路
系统首先将人体的脉搏通过压电陶瓷片转换为可处理的电信号，经过集成运放放大及施密特触发器整形后再进人单片机进行处理，最后利用数码管将测量结果直观的显示出来。
心率的｛９１４量是根据其定义来进行的，若脉搏的频率为厂，则人体的心率可以表示为
Ｎ＝钠ｆ
设计中，信号在进人单片机之前进行了１００倍频处理，则心率可以表示为
Ｎ＝Ｑ．６ｆ
为了解决数字０．６的矛盾，在设计程序中采样时间为６ｓ，则在６ｓ中所累加的数值恰为心率的１０倍，此时如果将数码管的十位点亮，即得到了人体的心率值（精确到０．１）。
２系统硬件设计
２．１采样部分电路设计
由于单片机处理频率范围的限制，设计中将心跳脉冲输人单片机之前，作了１００倍频处理，如图１所示。电路主要分两部分：传感、放大部分和倍频部分。
传感、放大、整形电路
图ｌ信号采集电路
收稿日期：２００４—０６—３０
作者简介：曲凤成。男，１９８０年生，大学本科，主要从事基础物理教学工作。
万方数据
第１期电子心率计的开发与设计
２．１．１传感、放大部分
压电陶瓷片与ＣＭＯＳ反相器配合完成脉搏采样，第２级反相器工作在开关状态，当有脉冲输入时，输出高电平“１”，静态时输出低电平“０”。
２．１．２倍频器电路
采用带锁相环的１００倍频器ＣＤ∞４６，调整其⑥、⑦脚间的ＶＣＯ振荡电容ｃ及环路滤波器，可使环路频率工作在Ｏ．１—１００Ｈｚ范围内。电阻Ｒ（为ａＤ脚对地电阻）决定最低工作频率Ｚ。；Ｒ。（为０乃脚对地电阻）决定％控制电压。局，尺４的取值为：如果Ⅳ＝１００，圪。为１—１００Ｈｚ，△厂＝１００～＝９９Ｈｚ，取ｃ＝ｏ．０４７∥Ｆ，玛≤１／鲈（ｃ３—３３ｐＦ）＝２００ｋＱ，则Ｒ４≥１／厶（Ｃ３＋３３ｐＦ）＝２１．３ＭＱ。
２．２信号处理部分和显示部分电路设计
设计中主要应用了单片机的定时肘数器死的计数功能和正的定时功能。当脉搏经过１００倍频处理后的信号由Ｂ．。（兀）口进人单片机时，Ｂ．。运用其特殊功能作为计数器瓦开始计数；同时，定时器ｔ开始定时１００∥ｓ，当定时器溢出时产生中断，执行中断程序对计数器的结果进行累加。一共采样６０次，即产生６０次中断，将６０次的计数结果累加得到的结果是６ｓ时间内的脉冲次数，这恰好为心率的ｌＯ倍，将运算的结果作二一十转换后，送到存储器地址４０Ｈ～４４Ｈ单元之中，再运用查表程序将结果转换为ＬＥＤ数码显示的段码进行动态显示，同时将数码管的十位点亮，结果即为心率。
由于设计的信号处理和显示部分都由单片机来实现，因此这两部分的电路如图２所示。
戴附鞍赦瓣篙
图２信号处理和显示部分电路
电路的核心是ＭＣＳ一５１系列单片机ＡＴ８９Ｃ５１，外围电路由时钟电路、复位电路及显示电路构成。其中，系统晶振为１２ＭＨｚ；复位方式为上电复位；显示方式为共阳极数码管的动态显示。
３系统软件设计
３．１程序流程图
程序流程图如图３所示。程序初始化是每个单片机程序所必备的，它的主要任务是确定程序人口和中 万方数据
万方数据
电子心率计的开发与设计
作者：曲凤成， 张景林， 张秀平， QV Feng-cheng， ZHANG Jing-lin， ZHANG Xiu-ping
作者单位：曲凤成,QV Feng-cheng(黑河学院电教系,黑河,164300)， 张景林,ZHANG Jing-lin(齐齐哈尔大学计算机网络与电教中心,齐齐哈尔,161006)， 张秀平,ZHANG Xiu-ping(黑河学院物理
系,黑河,164300)
刊名：
齐齐哈尔大学学报（自然科学版）
英文刊名：JOURNAL OF QIQIHAR UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION)
年，卷(期)：2005，21(1)
引用次数：1次
参考文献(4条)
1.白驹珩.雷晓平单片机及其应用 1997
2.张光友.朱宏辉单片机原理及接口技术 2002
3.张伟单片机原理及应用 2002
4.许兴在传感器近代应用技术 1994
相似文献(2条)
1.会议论文李正军.李国强.韩修恒健身器材手握式电子心率计的研制2007
本文详细介绍了一种应用于健身器材的手握式心率测量系统。通过健身器材手柄上的金属电极获取人体手掌上的心电信号,再经过放大滤波等信号调理后,提取R波并整形输出,最终使心率信号转化为单片机可以直接测量的方波信号。硬件设计上,着重放大R波能量集中且受干扰小的10～30Hz信号成分
;软件设计上,使用条件筛选和排序取特定值等算法大大提高了测量精度。经实际测试,该电子心率计测量方法简单,动态测量精度高。
2.学位论文李国强电动跑步机电控系统的研制2008
近年来，随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，人们对自身的健康也日益关注，健身成为一种流行时尚，健身器材行业也逐步兴起为一个大的消费领域，电动跑步机作为一种重要的健身器材得到了越来越广泛的应用，具有广阔的市场前景。研发具有多功能和高附加值的人性化科学化的电动跑步机具有重要的现实意义。 电动跑步机的电控系统是整个跑步机运转的核心，它需要具有用户接口界面功能、电机调速功能和其他附加功能。本论文以电动跑步机电控系统为研究对象，以实用、舒适、高性价比、高可靠性和高安全性为目标，以微控制器ATmega32为控制核心，完成了有刷直流电动机调速系统硬件设计、电动跑步机手握式电子心率计软硬件设计和电控系统总体软件开发等任务。从理论分析到软硬件实现，全面详细的阐述了电动跑步机电控系统的设计全过程。 首先，文章叙述了永磁有刷直流电动机的基本结构和工作原理，对其调速原理和调速方法进行了理论分析，建立了电压负反馈电流补偿控制的有刷直流电机调速系统的数学模型，并创新性的提出在电动跑步机中使用“突加负载速度缓冲”的方法实现人体运动缓冲，增加跑步机跑感舒适度，避免运动损伤。并依据此基本控制策略，对电动跑步机有刷直流电动机的调速系统进行了硬件实现。 其次，文章介绍了电动跑步机附加的电子心率计的软硬件开发。心率是人体健康状况的一个重要反馈信号，合理控制健身过程中的心率，是科学健身的重要内容。心率测量系统作为提高健身器材附加值的重要组成部分，逐渐成为电动跑步机选购的一个重要参考。本论文对电动跑步机附带的手握式电子心率计的测量原理和具体设计实现进行了详细介绍。心率计通过电动跑步机手柄上的金属电极获取人体手掌上的心电信号，再经过放大滤波等信号调理后，提取R波并整形输出方波信号，然后使用单片机测量出方波周期，经数字滤波和计算后，最终得出心率值。心率计在硬件设计上，着重放大R波能量集中且受干扰小的10～30Hz心电信号成分；软件设计上，使用条件筛选、中值滤波、限幅滤波和滑动平均滤波等算法大大提高了测量精度。 再次，在整个系统硬件设计的基础上，应用ATmega32专用汇编语言进行了软件程序的编写。系统程序设计采用软件查询与中断相结合的控制方式，即主程序循环加中断服务子程序的形式。主程序主要实现系统初始化、各状态标志位的轮询、事件处理、数据计算、键值处理、显示缓冲区刷新等功能，并在心率计设计的基础上，实现了心率控制速度功能。中断服务子程序的主要功能是完成数据采集，键盘扫描、动态显示刷新、过载检测等对实时性要求比较高的事件任务
，包括定时器T0溢出中断服务子程序和定时器T2溢出中断服务子程序。 最后，对实际设计的电动跑步机电控系统在理论分析的基础上进行了调试和实验。实验结果证明所设计的电控系统达到功能和性能指标要求，并具有很高的安全性和可靠性。
引证文献(1条)
1.郭楠具有感知获取功能的智能鼠标系统设计[期刊论文]-电大理工 2008(2)
本文链接：https://www.doczj.com/doc/c78724787.html,/Periodical_qqhrdxxb200501025.aspx
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