婴幼儿心率检测系统设计

吴正玲 陈跃元

（1、吉林化工学院 信息与控制工程学院，吉林 吉林132022 2、丹东东方测控技术股份有限公司，辽宁 丹东118000）

随着生活水平的提高，人们越来越重视医疗保健问题，尤其是婴幼儿的医疗保健问题更是一个家庭乃至一个家族的重中之重。心率无疑是婴幼儿生命体征的一个最重要的指标。随着电子技术和生物医学技术的飞速发展，医学测试仪器产品种类非常繁多，但是专门针对婴幼儿而设计的安全、易操作、低成本，适合家庭使用的检测器比较少见。因此，有必要开发一种针对于婴幼儿的便携式心率检测系统。

1 系统结构

系统主要由主控模块、心率测量模块、温度测量模块、报警模块、显示模块、蓝牙通信模块等组成。系统总体框图如图1 所示。

图1 系统总体框图

当心率模块检测到相应的信号时，控制器结合温度传感器检测出温度，控制器按照算法测量出心率的大小，并将其转换为数字信号，由单片机控制器进行处理，并且通过显示模块显示出具体数值，同时通过蓝牙通信模块将检测到的心率和温度信息传送至监护者手机。通过按键可以设置报警的上下限，当测量的心率大于或小于正常值，控制器让报警电路工作，发出报警。

2 硬件电路

系统硬件电路设计时，主控模块采用STC89C51 单片机；心率采集模块采用Pulse Sensor 心率脉搏传感器和LM393 比较电路实现；温度测量模块采用DS18B20 温度传感器；显示模块采用LCD1602 液晶显示屏；报警模块采用蜂鸣器报警电路。由于各部分电路比较典型，这里不多做赘述，着重介绍心率脉搏传感器模块电路。

Pulse Sensor 脉搏心率传感器它实质上是一种光学心脏速率传感器，集成了一个放大电路和一个噪声消除电路，通过一个二极管在光电传感器的一侧进行发光。当心率脉搏发生脉冲变化时，可通过指尖的透射光的强度进行检测婴幼儿心率。其中三个引脚分别为VCC、GND、输出接口，脉搏心率传感器输出的波形如图2 所示。

图2 心率脉搏传感器输出波形图

Pulse Sensor 脉搏心率传感器模块的接口电路图如图3 所示。

图3 心率脉搏传感器接口电路图

3 系统软件设计

系统软件部分主要由主程序、心率测量子程序、温度测量子程序、报警子程序、通信程序等。主程序函数将心率脉搏传感器、温度传感器、报警模块等原件联系到一起，程序开始后首先执行各模块所需通信I/O、定时器、中断等的初始化程序，接着温度检测子程序开始测量温度，看温度是否检测到，读取到了温度，系统开始调用婴幼儿心率监测子程序，检测是否读取到心率，读取到心率之后，调用报警电路，并反馈给显示电路。通过检测完成后，单片机的定时器会停止工作，通过读取定时器的数据，进而反馈到液晶显示屏，即可知道整个测量过程的时间、测量的温度，幼婴儿的心率值。当测量的心率值低于报警值（80 次/分钟）时或超过报警值（150 次/分钟）时，系统的报警电路会发出警告声。主程序流程图如图4 所示。

图4 主程序流程图

4 测试结果

系统运行实物图如图5 所示。

图5 系统运行实物图

完成了前文所述的系统设计及传感器参数测量，在进行最终进行数据测试时，挑选了4 名婴幼儿参与了系统测试。系统经过多次测试与改进，由于篇幅有限，仅给出4 次测试数据如表1 所示。

通过上述数据观察分析，得出结论：前两组所测的心率数据符合误差范围,而后两组所测的心率数据与实际测量相同，测试的数据都没超过设置的正常心率值，所以设计系统没有发生报警。从而说明系统能够准确检测出婴幼儿心率值，且运行稳定、可靠。

表1 系统测试结果

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5 结论

该系统各环节实现方式简单，容易操作使用。设计具有心率检测功能，用本设计所检测的心率与实际心率进行比较，所测的心率结果几乎一致，误差都在3 次/分钟以下；设计具有显示功能，显示屏能准确无误地显示时间、心率值、温度值等信息，并且能储存所测得的信息；设计具有异常报警功能，当所测得的心率低于正常的心率下限或超过正常的心率上限时，报警电路能及时工作，发出报警声音来给测试心率的人进行反馈提示；设计具有温度检测功能，温度模块能实时检测出所测的温度值，并且能通过显示屏显示给测试的人；具有与手机通讯功能，设计可以将所测得的数据经过蓝牙传输反馈给监护者手机。设计的婴幼儿心率检测系统使用安全、操作方便、成本低廉、运行稳定，适合普通家庭使用的。