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采用Atmega64L的心率監測系統中MCU設計

電子工程師 ? 作者:工程師a ? 2018-05-26 09:08 ? 次閱讀

一種基于Atmel公司AVR系列單片機Atmega64L,用于心率監測系統中MCU的設計。簡述了單片機的特性,以及外圍接口電路和軟件設計。該系統應用于單兵訓練強度的心率監測系統,提高了系統的實時性和運算能力。

1 引言

根據運動心率可準確劃分運動強度等級,通過單片機對監測心率按照劃分等級的智能判斷,可以實時監測訓練強度,進行顯示報警,從而掌握科學的訓練強度。通過對便攜式心率監測系統的特點研究分析,針對如何提高系統實時性、可靠性和抗干擾能力的問題,我們要求對該系統微控制處理模塊(MCU)進行了基于 Atmega64L的設計。

2 單片機Atmega64L

Atmega64L是基于增強的AVR RISC結構的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進指令集以及單時鐘周期指令執行時間,數據吞吐率高達1MIPS/MHz,有6種睡眠模式,功耗較低,適合于便攜式產品應用。

3 Atmega64L外圍電路設計

Atmega64L的外圍電路主要包括:電源模塊、鍵盤控制模塊、液晶顯示和語音報警系統接口、心率采集信號輸入接口,見圖1。

采用Atmega64L的心率監測系統中MCU設計

電路設計在ProtelDXP的開發軟件中完成,包括:原理圖和PCB圖的設計。元器件的選擇和封裝設計都采用標準規定,但為滿足小型化,其中某些元件考慮其貼片式或其它因素,采用了實物測量的方法自己加載元件庫。模塊電路設計均采用典型電路。

4 軟件設計

WINAVR是為AVR系列單片機提供的Windows平臺下的開發程序集,它使用C語言編程,簡化了軟件結構,提高了編程效率。系統軟件設計主要包括:A/D轉換模塊、鍵盤輸入模塊、閾值比較判斷模塊、顯示和報警系統。

(1)A/D轉換模塊:心律采集電路采用差分電路和濾波電路后,輸出1個模擬信號,單片機Atmega64L通過自帶的ADC轉換器,把模擬信號轉換為可處理的數字信號。此時的心率信號以離散信號的形式,通過計算單位時間R波之間的時間來換算心率值;

(2)鍵盤輸入模塊:在預先測量之前可手動輸入被測者年齡參數,以備閾值比較判斷使用,主要是心率值;

(3)閾值比較判斷模塊:經閾值判斷后,單片機將判斷結果發送給液晶顯示予以顯示。

若被測者結果超出閾值范圍時,系統啟動報警系統,分別進行分頻閃爍和蜂鳴報警。同時,對測量結果進行儲存,為了避免存儲冗余,系統只保留近期測量的數據;(4)異步串行通信模塊:系統開啟時,會初始化液晶芯片,出現開機畫面。然后,當正常工作時,實時顯示心率測量值。在心率信號監測過程中,若被測信號大于閾值,系統會發送報警信號,觸發報警功能。否則,正常工作。

5 討論

采用 Atmega64L設計單兵心率監測系統,由于單片機及其外圍功能電路,配合在WINAVR環境下的C語言軟件設計,實現了系統實時性、靈敏性、小型化,以便單兵攜帶的要求。但系統智能軟件設計方面尚未成熟,比如:閾值輸入和鍵盤功能較為單一,數據傳輸和數據存儲擴展有限。

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