基于红外技术的简易心率计的设计探讨

刘凯立

【摘要】 心脑血管疾病是造成人们危害的主要原因。设计红外技术下简易心率计能够实时有效地检测心脑血管疾病的发生。基于红外技术进行简易心率计的设计可以采用光电二极管进行发射与接收信号的采集。本文对基于红外技术的简易心率计的设计进行分析。

【关键词】 红外技术 简易 心率计 设计

基于红外技术的简易心率计能够实时采集人体心率变化信号，根据血液流量变化计算出心率值，是一种使用较为普遍的医疗设备。

一、红外线心率计的原理框图

整机电路由-10V电源变换电路、血液波动检测电路、放大整形滤波电路、3位计数器电路、门控电路、译码驱动显示电路组成。

二、血液波动检测电路

血液波动检测电路首先通过红外光电传感器把血液中波动的成分检测出来，然后通过电容器耦合到放大器的输入端。

TCRT5000红外光电传感器的检测方法：

首先用数字万用表的二极管档位正向压降测试控制端发射管（浅蓝色）的正、负极，将红黑表笔分别接发射管的两个引脚，正反各测一次，表头一次显示“1.05（0.9-1.1）”，一次显示溢出值“-1”，当1.05V能够正确显示的时候，红表笔接触的可以认定为正极，黑表笔接触的可以认定为负极。并且在两种情况下出现的“1”，能够说明发射管内部属于开路。若两次都显示“0”发射管内不短路。然后再判断接收管的C、E极和光电转换效率，方法如下：将发射管的正负极分别插入数字万用表hFE档NPN型的C、E插孔，再将模拟万用表打到R×1kΩ档。红黑表笔代表着不同的接受情况，如果表针没有转动，则红黑表笔对调，表针继续向右偏转至1kΩ以内，说明该红外光电断续器的光电转换效率高。

血液波动检测电路工作原理：TCRT5000是集红外线发射管、接收管为一体的器件，工作时把探头贴在手指上，力度要适中。红外线发射管发出的红外线穿过动脉血管经手指指骨反射回来，反射回来的信号强度随着血液流动的变化而变化，接收管把反射回来的光信号变成微弱的电信号，并通过C1耦合到放大器。

三、计数、译码、驱动、显示电路的调试

电路连接完毕后通电。此时由于门控电路的控制作用，计数器采用的使用能前端可以被设置为“1”，这样计数器在运行的时候采用的输入码也会有着不同的表示即5、6、7、9脚的电压大约是0V。用示波器双踪测量DS1、DS2之间、 DS2与DS3之间波形，应能显示所示的波形，测试并把波形画在4.5中（示波器量程：双踪，5V/DIV，1mS/DIV）。把食指放在传感器的探头处，适当调节压力。当观察到V4呈现有规律的亮-灭时，就可以进行测量了。按一下门控电路的S1，这时，V5发光，计数器的使能端被置“0”，計数器开始按整形电路送来的心跳脉冲计数。计数的结果以BCD码的形式送到译码器进行译码[1]。译码后的结果送到数码管显示计数的结果。在运行不同阶段电路控制的输入信号会通过计数器进行显示。同时前端被设置的“1”也会随着计算器停止，在数码管上显示的最后计数结果。此数字乘2即是被测的心率[2]。测量并记录计数器停止计数后，集成电路MC14553及CD4543的引脚电压并填入。

四、倍频电路和定时电路

根据设计要求，心率计需要具有在短时间内测得1分钟心脏跳动次数的功能，因此需要在电路中加入倍频电路来实现快速测量的功能。假设需要在30秒内测得1分钟的心率，则需要2倍频电路，倍频所造成的额外误差在测量心率这个情景下可忽略不计[3]。不同电路下载采用的频率会随着成本的增加在实际运用中显示的效果有着明显的区别。由“0”变成“1”是一种较为常见的变化。或者由“1”变成“0”都会产生脉冲输出。

计数器必须与定时器连接共同作用，才能完成在30秒内测量一分钟的心率的工作。在定时器的选择上要保证接脚功能的正常发挥，同时根据不同型号在价格以及稳定程度上都会表现出不同的情况。随着振荡频率出现差异，少量电阻与电容都能够表现出不同的脉冲。

五、结束语

红外技术采用视距无线通讯方式，可以不直接进行接触就能够获取到相应的数据。并且抗干扰能力较强，功耗相对较低。红外技术下的简易心率计的设计主要是利用光信号进行的人体检测。通过对血液流通的透射率的不同进行采集。红外技术下简易心率计具有手指测量的直观感受。血流量变化都会通过光电二极管的透射率进行表达。发射与接收信号都能够获取到血流变化状况。

参 考 文 献

[1]申玉宏.基于AT89S52单片机的便携式数字心率计设计[J].科技风， 2015（16）：14-15.

[2]刘劲松， 朱纯午， 杨莉.一种基于STM32和PPG技术的腕戴式心率计设计简[J].电子技术应用， 2016， 42（10）：62-64.

[3]雷文礼， 袁君丽， 任新成.基于红外技术的简易心率计的设计[J].物联网技术， 2015（10）：14-15.