基于红外技术的简易心率计的设计
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物联网技术 ２０１５年 ／ 第１０期 全面感知
Comprehensive Perception
１４0 引 言
现代社会中
，人们对家人和自己的身体健康状况尤为重
视
， 心脑血管疾病作为一种发病率高
、致死率高的疾病直接
威胁着人们的生命安全
。目前
，用于心脑血管疾病监测的仪器
仪表不断涌现
，但大多操作复杂
，主要用于医院环境
。因此
，
人们迫切需要一种使用简单方便
，可用于家庭或社区环境的心
脑血管疾病监测设备
。本文基于红外技术设计了一种简易心率
计
。该心率计采用红外对管发射和接收红外信号
，采集人体的
心率信号
，并经过主控芯片对信号进行处理
，计算出人体的
心率值
。该心率计具有使用简单方便
，抗干扰能力强
，成本低
等优点
，可为心脑血管疾病的预防和监测提供有效手段
。
1 红外技术
红外技术是一种视距无线通信技术
，具有非接触式
、抗
干扰能力强
、工作功耗低利
、数据通信可靠等优点
。红外光
电式检测方法测量心率
，是利用光信号对血液流动的透射率
或反射率不同
，将光信号变换成电信号进而进行测量的方法
。
一般对光信号的采集有两种方法
，一种是对射式采集
，即在
对人体如手指测量时
，在手指两侧各放一个光电二极管
，一个
用于发射信号
，一个用于接收信号
。当通过手指的血流量变化
时
，光信号的透射率发生变化
，光电接收管中的电流量也将发
生变化
，从而测量心率值
；另一种是反射式采集
，即用于发射
信号和接收信号的光电二极管都朝向一端
，利用血流变化时
，
光的反射率发生变化
，从而利用光电管中的电流量的变化来测量心率值
。本文选用第一种方法来实现
。整个系统的信息处理
工作流程如图1所示
。
红外传感监
测电路两级线性放
大电路低通滤波整
形电路单片机控
制系统液晶显示
电路
图1 信号检测处理工作流程图
2 硬件设计
2.1 主控芯片选择
心率计的主控芯片是整个系统的核心
，负责数据信号的
处理和系统的协调运行
。考虑到成本
、可靠性
、简易性等问
题
，这里选用AT89S52来作为主控芯片
。AT89S52是一种8位
、
低功耗的微控制器
，其自带8 KB可编程Flash存储器
，32个
可编程I/O口线
，3个16位定时器
，8个中断源
，具有全双工
UART串行通道
，低功耗空闲和掉电模式
，非常适合作为心
率计的主控芯片
。其芯片引脚如图2所示
9
18
19
2021222324252627282930313233343536373839401
2
3
4
5
6
7
8
10
11
12
13
14
15
16
17
AT89S52RST
XTAL2
XTAL1
GNDP1.0
P1.1
P1.2
P1.3
P1.4
P1.5
P1.6
P1.7
P3.0(RXD)
P3.1(TXD)
P3.2(INT0)
P3.3(INT1)
P3.4(T0)
P3.5(T1)
P3.6(WR)
P3.7(RD)
P2.0(A8)P2.1(A9)P2.2(A10)P2.3(A11)P2.4(A12)P2.5(A13)P2.6(A14)P2.7(A15)PSENALE(PROG)EA/VPPP0.7(AD7)P0.6(AD6)P0.5(AD5)P0.4(AD4)P0.3(AD3)P0.2(AD2)P0.1(AD1)P0.0(AD0)VCC
图2 AT89S52引脚图
2.2 信号采集电路
红外线发射管在使用时
，有850 nm
、875 nm
、940nm
三个波段
。各波段由于波长不同
，适用环境也各有不同
。
850nm波段在安防监控设备中使用较多
，875 nm波段在红外————————————————
收稿日期
：2015-07-31
基金项目
：延安市科学技术研究发展计划项目
（2014KG-04
）；陕
西省教育厅科研计划项目资助
（14JK1829
）；陕西省
科学技术研究发展计划项目
（工业攻关
）（2014K05-
61
）；国家自然科学基金
（61379026
）；陕西省大学生创
新创业训练计划项目
（1442
）基于红外技术的简易心率计的设计
雷文礼，袁君丽，任新成
（延安大学 物理与电子信息学院，陕西 延安 716000）
摘 要
：心脑血管疾病是人类健康的直接威胁者
，简单有效地监测心率是降低人类心脑血管疾病发病率的迫切需求
。文
章基于红外技术设计了一种简易心率计
，该心率计采用红外对管发射和接收红外信号
，采集人体的心率信号
，并经过主控芯片
对信号进行处理
，计算出人体的心率值
。该心率计具有使用简单方便
，抗干扰能力强
，成本低等优点
，可为心脑血管疾病的预
防和监测提供有效手段
。
关键词
：红外
；心率
；采集
；信号
中图分类号：
TP368.1
；TP273.5 文献标识码：
A 文章编号：
2095-1302
（2015
）10-0014-02
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２０１５年 ／ 第１０期 物联网技术全面感知
Comprehensive Perception
１５监控中有较多应用
，940 nm波段主要用于家电设备红外控制
等
。本文设计的心率计采用一对5 mm的红外对管
，另加外围
少量电子器件组成信号采集电路
。信号采集电路如图3所示
。
图中D1与D3为红外对管
，负责红外信号的发射与接收
。电
阻R
7和电容C
5构成低通滤波电路
，主要用于去除高频干扰
。
D1
D35
3606
20 kΩ
7
68 kΩ5
1 uFVCC
图3 信号采集电路
2.3 显示模块
心率计的数值显示选用液晶显示模块
。这里经比较
，选
用LCD1602液晶显示模块
，LCD1602内部存储器已内置了
160个不同的点阵字符图形
，使用简单方便
，每次可显示两
行
，每行16个字符
，可以满足本设计的心率计显示的需要
，
LCD1602与单片机的接口电路如图4所示
。
LCD 1602LCD1LCD1602
VCCVCC
2P25
P26
P27
P00
P01
P02
P03
P04
P05
P06
P07GND
VCC
VO
RS
RW
EDB0
DB1
DB2
DB3
DB4
DB5
DB6
DB7
BG VCC
BG GND
123456789
10
11
12
13
14
15
16
图4 LCD1602与单片机接口电路
3 软件设计
系统上电后
，首先完成初始化程序
，以初始化部分硬件
芯片
，确定中断地址和程序入口
。然后
，液晶显示屏显示全零
，
表示没有信号进入
；其次
，程序定时100 ms
，进入等待中断过程
，并累加中断次数
；最后
，根据n= K/t（n表示时间t 内
心率的平均值
，K表示时间t内连续的脉动次数
）计算心率值
，
并在液晶显示屏显示数值
。整个程序流程如图5所示
。
开始
程序初始化
第一次显示全零
定时100 ms
等待中断
中断
累加计数结果
二翻十
显示心率采样60次
图5 程序流程图
4 结 语
无线技术和电子技术的发展
，使人们对疾病的监测手段
不断更新和发展
。本文基于红外技术设计了一种简易心率计
，
该心率计采用红外对管发射和接收红外信号
，采集人体的心率
信号
，并经过主控芯片对信号进行处理
，从而计算出人体的心
率值
。该心率计具有使用简单方便
，抗干扰能力强
，成本低等
优点
，可为心脑血管疾病的预防和监测提供有效手段
。
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[6]薛均义
，张彦斌.MCS-51系列单片微型计算机及其应用[M].西安
：
西安交通大学出版社
，2005.
作者简介
：雷文礼
（1982
—），男
，讲师
，延安大学
，物理与电子信息学院
。主要研究方向为无线通信技术
，通信系统与终端设计
。
可方便地与工业PLC
、DCS等系统进行无缝集成
，具有良好
的应用推广价值
。
参考文献
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空航天大学出版社
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[5] Principles of Soil Physics. Introduction to Humidity Basic Principles
on Physics of Water [J/OL].
（2014-2-2
）.http
：//www.sensirion.
com Introduction to Humidity Basic Principles on Physics of Water
Vapor Version 2.0--August 2009.
作者简介
：刘亚宾
，（1983
—），男
，汉族
，河南周口人
，中级工程师
，硕士
。主要从事智能设备设计与改造工作
。（上接第13页
）
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