uPSD3234反射式红外心率检测仪电路设计_电工仪表电路图讲解

　　本文提出了一种基于uPSD3234的反射式红外心率检测仪的设计方案。方案以单片机uPSD3234作为系统的核心部件，采用匹配滤波等数字信号处理方法得到心率数据，将微电子技术与生物医学工程技术紧密地结合在一起，达到 了方案设计的要求，实现了对人体心率的测量。脉搏波源于心脏搏动并由心脏向外周动脉传播。它所呈现出的形态、强度、 速率和节律等综合信息， 很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血 液特征。心率是一项重要的生理指标。它是指单位时间内心脏搏动的次数， 是临 床常规诊断的生理指标。为了测量心率信号，有许多技术可以应用，例如：血液测量，心声测量，ECG 测量等等。本文探讨利用血液的高度不透明性及组织与血液透光性的极大 差异，通过光电脉搏传感器获取脉搏信号，经过模-数转换（A/D）后，采样数据经数字化分析处理，以实现对人体心率的测量。

　　心率信号采集预处理电路

　　脉搏信号采集预处理电路主要是将脉搏波转换成电信号， 并进行初步高频滤 波预处理。 其关键部分就是光电式脉搏传感器。 光电式脉搏传感器按光的接收方 式可分为透射式和反射式两种。 反射式不仅可以精确测得血管内容积变化， 而且在实际应用中反射式只需将传感器接触身体任何部位， 当照射部位的血流量随心脏跳动而改变时， 红外线接 收探头便接收到随心脏周期性地收缩和舒张的动脉搏动光脉冲信号， 从而采集到 心脏搏动信号。

　　本设计采用了反射式红外传感器。光电式脉搏传感器采用红外对 管 KP-2012F3C 和 KP-2012P3C，反射式排列。 KP-2012F3C 具有良好的表皮 照明度，电流一般设在20mA，亮度由软件通过 PWM 电流来进行控制，这样能 够使红外 LED 工作在饱和区域，发出稳定光强的光。KP-2012P3C 晶体管采 用交流耦合结构来增强对微弱信号放大。 经晶体管 检测出来的信号采样时分两路。 一路是直流信号线路。 它是晶体管输出经射随输 入单片机的 A/D 转换通道口0， 可用来检测晶体管是否处于有效工作状态； 另一 路是交流信号线路。 它是先经一射极跟随器输入到两级滤波成形电路然后再输入 单片机的 A/D 转换通道1.该滤波 电路为两级带通滤波电路， 由于脉搏波的频谱 蕴含丰富病理信息，特别是在5~40Hz 这个区间的频谱携带了大量与冠心病病 变有关的信息，故考虑到今后功能的 扩展，预处理电路的上下限频率设计为48Hz 和0.86Hz。

　　本方案所设计的反射式红外心率检测仪主要单片机 uPSD3234作为系统的 核心部件， 采用匹配滤波等数字信号处理方法得到心率数据， 将微电子技术与生物医学工程技术紧密地结合在一起， 达到了方案设计的要求。 并且， 本方案已成 功应用于健身产品跑步机中， 具有一定的创新性和实际应用价值， 并且有良好的市场推广价值。

　　温控开关主要是是采用碟形的双金属片作为温度传感部件，温控开关的工作原理为：当温度升高时，碟形片将产生相应的变形，而当温度达到碟形片产生变形的值时，碟形片的突跳依靠其它器件的机械传动，使触头迅速动作以接通或切断电流。动作温度范围：30℃-300℃。

　　温控开关易出现的问题有3点：首先，当温控开关的双金属碟片本身跳变的温度过高，电热水壶的蒸汽无法使双金属碟片达到跳变的温度，造成温控开关无法切断电流，电热水壶的水一直在沸腾无法停止造成危险；其次双金属片属于机械加工的配件，跳变和复位是有机械寿命的，材料问题或者加工问题对双金属片寿命有直接影响，假设以1个水壶1天正常使用5次为例，一年则接近2000次，要保证水壶正常买卖使用5年以上，则须保证温控开关或者双金属片寿命在10000次以上；最后温控开关的小弹簧与双金属片一样，也是机械加工的配件，其寿命也直接影响着温控开关乃至电热水壶的寿命。因此研究和设计温控开关寿命测试仪实质上是测试双金属片和跳变小弹簧的寿命测试仪，在实际的生产测试中，选择抽检的方式进行测试。

　　电路板部分：该部分以单片机（MCU）为智能控制的核心，通过DS18B20温度传感器采集测试水壶的水温，传到MCU作为处理，并在LED或者数码管中显示，测试遇到故障或者测试完成会发出相应声光指示。电路原理图如图4所示。

　　图4 温控开关测试仪的电路原理图