便携式脉搏测试仪的设计及应用

2012-10-12操文静高志念

黄冈职业技术学院学报 2012年6期

宋武，操文静，高志念，宋军

(黄冈职业技术学院质量管理处，湖北黄冈438002)

我国自古以来，大多数中医检查病情依靠指面感觉细胞来体会患者扰动脉搏时所提供的脉搏信息，在判别脉象的属性方面仅停留在一些形象化的概念上，通常是以医生指下的体会结合该医生对脉象概念的领会来加以鉴别与区分。由于主观因素的影响，中医脉象在实际传授和教学中困难较大，临床脉诊时分歧较多。为了让中医走向世界，便于传授，将中医影像的脉诊进一步具体化、客观化、现代化势在必行。为了推进中医发展，本文设计了一个简单实用脉搏测试仪，利用微处理控制各单元电路，实现了实时显示出每分钟的脉搏次数，本系统适合脉搏诊断的各类场合。

1 总体方案设计

由于血液是一种高度不透明液体近红外光在一般组织中的穿透性比在血液中大几十倍，指头内部的血液容积在心脏搏动下呈周期性变化，心脏舒张时手指中血容量减小，红外光透过率增大，心脏收缩时恰好相反。因此可以利用血液变化来反映另一侧的PIN管接收透过光强，再将光强信号转化为电信号，从而实施了信号的检测。

由于传感器采集脉搏信号的电压值为0～5mV左右，能量成分主要集中在0.5Hz～10Hz频带内，易受噪声的干扰，为了便于检测，利用了低功耗，精密仪表放大器件INA333和OPA2134对采集的脉搏信号放大1000倍以上，再利用OP07构成了0.5 Hz～10Hz间的带通滤波器，整个系统采用了LaunchPad MSP430单片机作为整个系统的控制核心，对内置的A/D、FLASH闪存等实施控制，从而实现脉搏图形数据的转换、存储与回放处理，并通过液晶12864显示脉搏数值。整个系统框图如图1所示。

图1 系统原理框图

2 理论计算与硬件电路设计

2.1 光电发射接收电路

该电路采用了由外接电池提供±3.6V的电压，通过发光二级管发出的红光照射人体手指，在红外接收管T上，随着微血管脉压波动的变化，其透光度也随其变化，这样红外接收管的电流也发生波动性变化，运放的放大后输出一随脉压波动变化的脉搏信号由红外接收管的电流I与R所决定。光电转换电路如图2所示。

说明:I1—无脉压波动时光敏三极管光电流;

I2—有脉压波动时光敏三极管光电流。

图2 光电转换电路图

2.2 放大电路

为了便于对信号的检测和处理。设计了三级放大电路，满足后向通道对信号的要求，总放大倍数为A=A1●A2●A3，第一级放大倍数为10倍，采用仪表放大器 INA333，放大倍数 A1=1+100K/RG，通过为滤光器增益2倍;第三级放大为50～80倍间可调，采用了OPA2134，放大倍数A3=1+R4/R5，通过滑线变阻器R4的调节，实现放大倍数的调整。电路图如图4所示。

图3 INA333放大电路图

图4 OPA2134放大电路图

2.3 带通滤波电路

为了滤掉0.5Hz以下的信号，采取高通滤波器，低频截止频率由R9和C1(其中C1=C2，R9=R10)确定，其计算公式为代入数值计算得:fc1=0.5Hz，增益为A2=1+R7/R8。电路图如图5所示。为了滤掉10Hz以上信号，采取了低通滤波器，截止频率由R12和C3(其中C3=C4，R12=R13)确定，代入计算得:f=c216Hz，电路图如图6所示。