圖4是整形電路。2ND_OUT引線的心跳速率信號及信噪比足夠大(心跳速率的脈沖1~5V),經過D1的半波整形,然后經過可調比較器,最后經三極管Q1轉化為單片機電平。
圖4整形電路
2.4微處理器電路
最后信號由AT89C51來處理,并用LED數碼管顯示心跳速率,以AT89C51為核心的微處理器電路非常成熟,這里不再贅述。
3.實驗結果及討論
圖5給出了應用上述系統對人的心跳速率進行實際測量的結果。其中圖5(a)是信號2ND_OUT經過D1整形后的電壓信號,從圖中可以看出,這實際上是一個完整的心電信號。在一個周期的信號中,有兩個比較明顯的脈沖信號,這個脈沖特性因人而異,通過實測不同人的心電信號發現其中至少有一個脈沖信號。圖5(b)給出了HEART_PULSE的電信號,它是由圖5(a)信號經過比較器及三極管開關后得到的。該信號可以直接輸入微處理器的端口,由微處理器計算并輸出心跳速率。
圖5心跳速率信號圖
在開發上述心跳速率檢測系統的時候,有幾個關鍵的地方要特別注意:
? ? ? ? 1)LEFT_ARM、RIGHT_ARM接電容可以大大提高信噪比;在LEFT_ARM、RIGHT_ARM上的心跳速率信號主要能量在1Hz左右的頻率上,而電容是低通濾波器,能夠起到濾波和抑制噪聲的作用;選擇大電容消除掉高頻噪聲,在實驗中采用了10uF的無極性電容,效果很好;
2)低通濾波電路有效削弱工頻信號,提高信噪比;采用有源濾波和無源濾波相結合的方法,邊放大邊濾波,相比于放大后濾波有更好的效果;
3)電容隔離衰減和多級放大有利于提高信噪比;主要噪聲是50Hz的工頻信號,多級放大和濾波盡管增加了熱噪聲,但是對工頻噪聲抑制很大,當然放大級數不能無限多,最佳的級數是工頻噪聲和熱噪聲之和最小。
4)抑制直流信號漂移應該選用小電容隔離,這是實驗結果表明的,其原因有待進一步研究。
4.結論
本文設計并演示一種AD620芯片的心跳速率檢測系統,詳細介紹了系統各個部分的電路設計,給出了提高系統性能的方法。實驗表明該系統獲得較好的心電信號和準確的心跳速率。本文的心跳速率檢測系統抗干擾能力強,結構簡單,成本低廉。
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