基于μPSD3234A单片机的心率呼吸率测量仪设计

　　0　引言

　　随着人们生活水平的提高和工作生活压力的加大,人们越来越关注自身的身体健康。心率和呼吸率是反映人身体状态的重要参数。心率呼吸率测量仪能够测量人体的心率和呼吸率,并把当前测量值和12小时变化趋势图通过液晶屏显示。

　　本系统充分利用了μPSD3234A单片机的PLD功能和内部Flash功能,减少了外围硬件电路,提高了系统的可靠性。

　　1　总体设计

　　系统总体设计如图1。

　　心率和呼吸率信号首先经过传感器变换为电信号,这个信号是心率和呼吸率信号的叠加。为了分别采集心率和呼吸率,必须将两信号分离。由于心率频率较高,呼吸率频率较低,本系统将此信号分别进行高通滤波和低通滤波,将两信号分离。由于此时信号比较微弱,需经放大电路分别对信号进行放大,经过放大后的信号经过比较器,变换为标准的方波脉冲信号。单片机采集该信号,通过PLD模块对它进行处理,然后计算出心率和呼吸率,进行判断、存储。单片机把心率和呼吸率的数值和变化曲线通过液晶屏进行实时显示,若心率和呼吸率过高或过低,将启动报警系统,如果需要打印,可通过打印机把一段时间内的心率和呼吸率曲线打印出来。

　　2硬件设计

　　2.1　μPSD3234A单片机

　　μPSD3234A单片机是ST公司推出的一款新型单片机。它具有高速的标准8032内核,它的最高工作频率可达40MHz,完全满足系统要求。它有带有16个宏单元的3000门的PLD,可代替外部GAL、PLD、74HCXX等电路。该单片机片内含有大容量的Flash和RAM存储器,可以提供足够大的容量来存储12小时内心率和呼吸率的数值,还可以在擦除和编程一块存储器时,从另一存储器内读取数据,实现应用编程(IAP)远程更新的功能。该单片机还具有2个可独立设置波特率的UART口,实现与打印机的连接。3个16位定时/记数器,2个外部中断源,用于心率和呼吸率周期的测量。该单片机为外围连接提供I2C接口,可以工作在主从两种方式,具有5个脉宽调制器PWM通道,4通道A/D变换器,还具有USB接口和独立的显示数据通道DDC以及监控和安全加密功能。该单片机可通过JTAG实现在系统编程(ISP),提高了生产效率,产品测试更加容易。

　　2.2模拟部分电路设计

　　本系统的信号输入部分由滤波电路,放大电路,和比较器组成,完成信号分离与转换。这部分电路看似复杂,设计起来却十分简单,只需选用合适的放大器,根据实际情况计算出电阻和电容的数值,设计即可完成。

　　2.3　单片机输入接口电路设计

　　比较器与单片机的连接如图2。