基于單片機的便攜式心率儀的設計與實現

在消費電子領域，便攜式電子產品由于其體積小和重量輕而越來越受到消費者的歡迎，并且它們已經成為人們生活中不可或缺的一部分。基于這個想法，我們設計了一種便攜式心率監測器，可以代替傳統的用聽診器等測量脈搏的方法。
使用起來非常方便。該產品主要包括三個部分：信號采集，數據處理，LCD顯示和報警電路。
如圖1所示，傳感器檢測到的脈沖信號被轉換為電壓信號，然后發送到電壓跟隨器，該電壓跟隨器用作隔離前級和后級以避免相互干擾的緩沖器。輸出信號被預先放大并發送到高通濾波器以濾除傳感器的熱電干擾，然后通過低通濾波器以濾除環境中的高頻干擾。
經過處理的信號被發送到下一級以繼續放大，以獲得低干擾和清晰的信號。該信號經比較器和二極管整流后直接送至單片機進行處理，以驅動顯示電路和報警電路。
1.電壓跟隨器和前置放大器電路電壓跟隨器的輸入信號，即脈沖傳感器信號從V +端子輸入，反饋電阻設置為零，形成同相跟隨器，用作緩沖器并隔離前級和后級的效果。心音脈沖放大器的功能是將mV電平的心音信號放大到V電平以進行顯示和記錄。
根據心音和脈搏信號的特性，要求放大器具有以下特性：gain足夠高的增益，約為800倍。適當的帶寬（0.78?3.33Hz）由于心音脈沖信號相對較弱，干擾和噪聲較大，因此要求電路具有高輸入阻抗以減少信號損耗，并具有較高的共模抑制比（大于80dB）以抑制干擾和噪音。
由于在實際應用中會受到外部信號的干擾，并且考慮到放大器的穩定性，一級放大器無法獲得如此大的增益，因此電壓放大器通常由兩級組成。其中，前級使用負反饋差分放大器電路來提高共模信號抑制比。
這部分的關鍵是如何抑制各種噪聲并避免讓噪聲進入后續電路。因此，在該系統中，基于雙運放電路的微功率儀表放大器LM358被用作心音脈沖信號的前置放大器。
為了防止非線性失真損壞電路??的共模抑制比，該部分的放大倍率不應太高，并且應為1000倍左右。圖2電壓跟隨器和前置放大器電路2.高通和低通濾波器電路在本設計中，信號頻率很低，在0.78?3.33Hz之間，因此濾波器的設計成為該電路的關鍵。
首先，通過0.5Hz高通濾波器以濾除傳感器的熱電干擾，然后通過低通濾波器以濾除心音信號中的大部分干擾。在電路的實現中，普通濾波器很難過濾這樣的低信號，因此在本設計中，使用了增益變化平坦的巴特沃斯濾波器。
其中，高通是二階巴特沃斯濾波器，低通是截止頻率為5 Hz的巴特沃斯濾波器。圖3是低通濾波的示意圖。
在對心音信號進行預放大之后，幅度尚未達到理想的應用值，并且仍然存在一定的干擾，因此后置放大器需要繼續放大以滿足使用的要求。整個電路使用通用的反相放大器模塊電路。
比較整流電路的作用是將處理后的信號轉換成沒有負脈沖的方波，然后將其發送到單片機進行處理。該電路由一個過零比較器和一個整流電路組成。
由于發送到單片機的信號要求為正電壓，因此在整流電路之后，信號將全部轉換為具有正沿的方波。