基于ATMega 16 的心率计.doc

基于ATMega 16 的心率计一 项目概要 心率指心脏每分钟搏动的次数, 它能够反映心脏的工作状态。正常心率决定于窦房结的节律性, 成人静息时约60100 次/ min , 平均约75次/ min。心率可因年龄、性别及其他因素而变化。初生儿心率约130 次/ min , 随年龄增长而逐渐减慢, 至青春期乃接近成人的心率。女性心率比男性稍快; 运动员心率较慢。成人安静心率超过120 次/ min 者, 为心动过速; 低于40 次/ min 者为心动过缓。心率受植物性神经和体液因素调节。安静或睡眠时, 心迷走中枢紧张性增高, 心交感中枢紧张性降低, 心率减慢。运动、情绪激动、精神紧张时, 心迷走中枢紧张性降低, 心交感中枢紧张性升高, 心率加快。肾上腺素、去甲肾上腺素、甲状腺素等体液因素增快心率。此外, 体温每升高1 , 心率加快1220 次/ min。项目目的及用途：可测量正常人的心率，并用数码管显示其数值。硬件和功能：用压电陶瓷片采集心跳信号，经过放大和滤波电路处理，触发单片机进行计数，并通过点亮一个LED来指示心跳信号的接受。最后用七段数码管显示出心率值。二 硬件设计思想和电原理图1）信号采集使用压电陶瓷片进行信号采集，将压电陶瓷片贴于人体颈部，感受心跳时颈部动脉压力变化，在陶瓷片两面产生电位差，通过采集电压变化信号探测心跳。正常情况下，压电陶瓷片于颈部采集心跳信号，产生的电压为毫伏数量级。2）信号处理信号处理电路由放大电路，滤波电路构成。放大电路使用一片LM324集成运放，用电阻引入负反馈构成放大500倍的差模放大电路。由于正常人的心跳60120次，所以我们采用了1.66HZ的无源低通滤波电路。在放大电路的输入端，我们并接了一个25K欧的电阻，用于消除一个未知低频干扰。在测试放大滤波电路时，我们发现电路输入开路时，有一个低频干扰，在输入端并接一个小电阻后干扰减小，但电阻过小会减弱输入放大电路信号，实验发现25K欧较为合适。3）控制及指示电路采用ATMega 16对信号进行处理，每来一次心跳信号，计数加一，并控制一个LED灯点亮0.3秒作为指示。计数定时16.7秒，计数结束后将所得数乘以600除以167，即为心率值，通过一个四位七段数码管显示数值。三 硬件单元使用首先将电路通电，把压电陶瓷片贴在颈部跳动较强的位置，传感器的安放对检测效果影响很大，所以我们用一个Led作为心跳接受指示。贴好压电陶瓷片后观察到Led有规律闪亮即安放合适。此时按reset键，测量开始，每来一次心跳，Led灯亮一次，20秒后计数完成，将所得数乘三，通过七段数码管一直显示此数值，直到按reset键。因为心率测试采用颈部取信号，所以为了尽量缩短测试时间，我们采用测16.7秒再计算一分钟心跳次数的方法。四 软件设计思想及软件流程 程序使用ICC-AVR编写，使用了11个PORT口输出，一个PORT口输入。用ATMega16内的TIMER0定时。单片机上电后，定义各口状态，初始化TIMER0，开启全局中断，开始检测PA1，检测到低电平时计数加一，点亮Led 300ms，这段时间内不检测PA1口状态，实现软件滤波。300ms之后，重新检测PA1口状态。 当定时器程序定时到16.7秒时，用四位七段数码管显示处理后的计数值，即心率值。初始化PA1为1是计数加一，Led亮，延时300ms否定时器中断服务子程序关闭定时器，处理计数，七段数码管显示计数值流程图五 软件功能软件能对心跳信号进行显示、计数、处理，并通过七段数码管显示出来。配合硬件实现心律监测的功能。【源程序见 源程序.c】六 系统测试过程及测试数据，参数随机对宿舍内同学尽心心率的测量，并同时采用人工计数的方法测心率，两种方法测出的数据进行比较，计算误差。测试同学 测试心率 实际心率宣堃8482王汉斌7575王之腾6766对数据分析发现我们的心率计还是有相当的精度的。七 作品成本压电陶瓷片2.5元，LM324 0.5