宋 武，操文靜，高志念，宋 軍

(黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院質(zhì)量管理處，湖北黃岡438002)

我國自古以來，大多數(shù)中醫(yī)檢查病情依靠指面感覺細(xì)胞來體會患者擾動脈搏時所提供的脈搏信息，在判別脈象的屬性方面僅停留在一些形象化的概念上，通常是以醫(yī)生指下的體會結(jié)合該醫(yī)生對脈象概念的領(lǐng)會來加以鑒別與區(qū)分。由于主觀因素的影響，中醫(yī)脈象在實際傳授和教學(xué)中困難較大，臨床脈診時分歧較多。為了讓中醫(yī)走向世界，便于傳授，將中醫(yī)影像的脈診進(jìn)一步具體化、客觀化、現(xiàn)代化勢在必行。為了推進(jìn)中醫(yī)發(fā)展，本文設(shè)計了一個簡單實用脈搏測試儀，利用微處理控制各單元電路，實現(xiàn)了實時顯示出每分鐘的脈搏次數(shù)，本系統(tǒng)適合脈搏診斷的各類場合。

1 總體方案設(shè)計

由于血液是一種高度不透明液體近紅外光在一般組織中的穿透性比在血液中大幾十倍，指頭內(nèi)部的血液容積在心臟搏動下呈周期性變化，心臟舒張時手指中血容量減小，紅外光透過率增大，心臟收縮時恰好相反。因此可以利用血液變化來反映另一側(cè)的PIN管接收透過光強(qiáng)，再將光強(qiáng)信號轉(zhuǎn)化為電信號，從而實施了信號的檢測。

由于傳感器采集脈搏信號的電壓值為0～5mV左右，能量成分主要集中在0.5Hz～10Hz頻帶內(nèi)，易受噪聲的干擾，為了便于檢測，利用了低功耗，精密儀表放大器件INA333和OPA2134對采集的脈搏信號放大1000倍以上，再利用OP07構(gòu)成了0.5 Hz～10Hz間的帶通濾波器，整個系統(tǒng)采用了LaunchPad MSP430單片機(jī)作為整個系統(tǒng)的控制核心，對內(nèi)置的A/D、FLASH閃存等實施控制，從而實現(xiàn)脈搏圖形數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、存儲與回放處理，并通過液晶12864顯示脈搏數(shù)值。整個系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

2 理論計算與硬件電路設(shè)計

2.1 光電發(fā)射接收電路

該電路采用了由外接電池提供±3.6V的電壓，通過發(fā)光二級管發(fā)出的紅光照射人體手指，在紅外接收管T上，隨著微血管脈壓波動的變化，其透光度也隨其變化，這樣紅外接收管的電流也發(fā)生波動性變化，運放的放大后輸出一隨脈壓波動變化的脈搏信號由紅外接收管的電流I與R所決定。光電轉(zhuǎn)換電路如圖2所示。

說明:I1—無脈壓波動時光敏三極管光電流;

I2—有脈壓波動時光敏三極管光電流。

圖2 光電轉(zhuǎn)換電路圖

2.2 放大電路

為了便于對信號的檢測和處理。設(shè)計了三級放大電路，滿足后向通道對信號的要求，總放大倍數(shù)為A=A1●A2●A3，第一級放大倍數(shù)為10倍，采用儀表放大器 INA333，放大倍數(shù) A1=1+100K/RG，通過為濾光器增益2倍;第三級放大為50～80倍間可調(diào)，采用了OPA2134，放大倍數(shù)A3=1+R4/R5，通過滑線變阻器R4的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)放大倍數(shù)的調(diào)整。電路圖如圖4所示。

圖3 INA333放大電路圖

圖4 OPA2134放大電路圖

2.3 帶通濾波電路

為了濾掉0.5Hz以下的信號，采取高通濾波器，低頻截止頻率由R9和C1(其中C1=C2，R9=R10)確定，其計算公式為代入數(shù)值計算得:fc1=0.5Hz，增益為A2=1+R7/R8。電路圖如圖5所示。為了濾掉10Hz以上信號，采取了低通濾波器，截止頻率由R12和C3(其中C3=C4，R12=R13)確定，代入計算得:f=c216Hz，電路圖如圖6所示。

圖5 高通濾波器電路圖

圖6 低通濾波器電路圖

2.4 報警電路

利用程序編譯設(shè)定正常范圍值，當(dāng)測得的脈搏不在正常范圍之內(nèi)時，單片機(jī)就會輸出一個高電平致使蜂鳴器發(fā)聲，起到報警作用。電路圖如圖7所示。

3 軟件設(shè)計

系統(tǒng)主要功能的實現(xiàn)得益于軟件系統(tǒng)的設(shè)計。軟件部分將AD轉(zhuǎn)換得到的兩路數(shù)字信號臨時存放在單片機(jī)內(nèi)，進(jìn)行各種處理和計算。將兩路信號分被存入單片機(jī)內(nèi)部FLASH中的不同區(qū)段，保證系統(tǒng)斷電后存入的信息不丟失，當(dāng)需要對信號回放時，隨時能對FLASH進(jìn)行讀取，并經(jīng)DA轉(zhuǎn)換回放。軟件設(shè)計流程圖如圖8所示。

圖7 蜂鳴器電路

圖8 系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖

4 測試結(jié)果

對手指進(jìn)行脈搏信號的檢測，在采集過程中將手指放在紅外發(fā)生對管中間。把檢測到的脈搏信號進(jìn)行放大、濾波等處理，再利用示波器觀察波形，得到了如圖9所示。

圖9 示波器測試脈搏信號

在同一環(huán)境下，分別對8個人進(jìn)行脈搏測試，對各自的脈搏數(shù)進(jìn)行記錄比較。測試結(jié)果如表2。

表2 測試的脈搏次數(shù)表

5 總結(jié)

在實驗中，我們對光電轉(zhuǎn)換部分做了大量實驗，不同的手指其透光系數(shù)不同，這樣在光敏三極管所產(chǎn)生的透光電流也不同，這將直接影響運放的輸出幅度。為此，正確選擇光源強(qiáng)度和光敏三極管參數(shù)，是非常重要的。

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