作者：西安通讯学院 郝东来 罗文 张海峰 朱沼宇
在消费电子范畴，便携式电子产品因为体积小、质量轻的特色越来越遭到顾客的喜欢，已成为人们日子中不行短少的部分。依据这个思路，咱们规划了一款便携式心率计，它能够替代用脉息听诊器等进行丈量的传统办法，运用十分便利。该产品首要包含三个部分：信号的收集、数据处理以及LED显现和报警电路。
体系总体规划
图1为本体系的原理框图。
图1 体系结构框图
如图1所示，从传感器检测到的脉息信号转化为电压信号送入电压跟从器，起到缓冲的效果，使前级和后级阻隔开来，避免彼此搅扰。输出的信号经前置扩大后送入高通滤波器，以滤除传感器的热电搅扰，再经过低通滤波器滤除环境中的高频搅扰。处理完的信号送入后级持续扩大以便得到搅扰小且明晰的信号，此信号经比较器和二极管整流后直接送入单片机处理，以驱动显现电路和报警电路。
体系硬件电路原理图
图2为电路原理图，下面临各模块进行逐个描绘。 
图2 体系硬件电路原理图
1电压跟从和前置扩大电路
电压跟从器的输入信号，即脉息传感器信号从V+端输入，反应电阻置零，构成一个同相跟从器，起到缓冲效果，阻隔前后级的影响。心音脉息扩大器的功用是将mV级的心音信号扩大到V级，以供显现和记载运用。
依据心音脉息信号的特性，要求扩大器具有以下特性：
● 足够高的增益，约800倍。
● 有适宜的频带宽度（0.78～ 3.33Hz）
● 因为心音脉息信号比较弱小，搅扰和噪声比较大，要求电路有高输入阻抗来减小信号的丢失，有高共模按捺比（大于80dB）来按捺搅扰和噪声。
因为在实践运用中，外界信号的搅扰，以及考虑到扩大器的稳定性，一级扩大器不能完成如此大的增益，所以电压扩大器一般由两级组成。其间，前级选用负反应差动扩大电路，以进步共模信号按捺比。此部分的要害是怎么按捺各种噪声，避免让噪声窜入后级电路。因而在体系中，选用依据双运放电路的微功耗外表扩大器AD620作为心音脉息信号的前级扩大器。为避免发生非线性失真致使危害电路的共模按捺比，该部分的扩大倍数不宜过高，挑选为1000倍左右。
2 高低通滤波器电路
在本规划中，信号频率较低，在 0.78～3.33Hz之间，因而滤波器的规划成为本电路的要害。首要，要经过一个0.5Hz的高通滤波器，以滤出传感器的热电搅扰，然后再经过一个低通滤波器以滤除心音信号的绝大多数搅扰。在完成电路中，一般的滤波器现已很难对这么低的信号进行滤波，因而在本规划中选用增益改变较平整的巴特沃斯滤波器。其间，高通为二阶的巴特沃斯滤波器，低通为截止频率为5Hz的巴特沃斯滤波器。图3为低通滤波的原理图。 
图3 低通滤波器原理与功用
3后级扩大和比较整流电路规划
心音信号经过前级扩大后，起伏还未到达抱负的运用值，且还有必定的搅扰，因而需求后级扩大器持续扩大，以到达运用要求。整个电路选用一般的反向扩大器模块电路。
比较整流电路的效果是将处理后的信号转化为不含负脉冲的方波，以送入单片机进行处理。该电路由一个过零比较器和整流电路构成，因为送入单片机的信号要求为正电压，所以经过整流电路后，信号将悉数转化为正跳沿的方波。
4单片机操控电路
本部分首要包含单片机操控显现电路以及驱动蜂鸣器的报警，详细电路如图4所示。 
图4单片机操控电路
图4中，数码管为共阳极结构，74LS164作为数码管的驱动，当输入0时点亮，四个二极管串联起限压维护的效果。图5为JTAG口与单片机的衔接图。 
图5 JTAG口与单片机的衔接
图6为单片机程序流程图。
图6 单片机操控流程图
本体系电路的软件部分能够精确盯梢微当心电信号的频率。所选用的技能是单片机的中止捕获功用以及数学算法差错消除、硬件结构差错消除。
5电源办理模块
本电路选用两块干电池供电，关于大多数电子产品而言，具有普遍性和便利性。因为此单片机为低功耗作业形式，咱们选用了升压芯片TPS61210，TPS6110，MAX660作为电源芯片，供给±5V、3.3V的作业电压。
电路测验与数据剖析
表1为参加信号频率为0.5～ 5.5Hz，峰峰值为2mv的正弦波信号后各模块电路的输出电压测验数据。
由表中的数据可知，实践测出的值与理论核算的值有所不同，且当输入信号较弱时，输出信号受搅扰较大。本电路中，跟从器就遭到传感器的很大搅扰，因而在实践的丈量中，必定要注意电路的抗搅扰才能。
外部时钟晶振为32 768Hz，对其进行1/2分频；1Hz捕获上升沿的是时间差，S[Rx]为数据存放数组；单片机体系选用8MHz DCO。能够看出，该体系能够在差错范围内对1MHz左右的心音信号进行精确的判别。
定论
本规划经过数模混合电路结合单片机操控的规划完成了对心率信号的实时测定，并能宣布正告。整个电路尽量考虑到各方面的要素，做到线路简略，减小电磁场搅扰，充分利用软件编程，补偿%&&&&&%的精度缺乏。还能够以该规划为根底加载其他功用，使其功用和结构愈加完善，扩展至对人体其他生理状况的测定。
