图4是整形电路。2ND_OUT引线的心跳速率信号及信噪比足够大(心跳速率的脉冲1~5V),经过D1的半波整形,然后经过可调比较器,最后经三极管Q1转化为单片机电平。
图4整形电路
2.4微处理器电路
最后信号由AT89C51来处理,并用LED数码管显示心跳速率,以AT89C51为核心的微处理器电路非常成熟,这里不再赘述。
3.实验结果及讨论
图5给出了应用上述系统对人的心跳速率进行实际测量的结果。其中图5(a)是信号2ND_OUT经过D1整形后的电压信号,从图中可以看出,这实际上是一个完整的心电信号。在一个周期的信号中,有两个比较明显的脉冲信号,这个脉冲特性因人而异,通过实测不同人的心电信号发现其中至少有一个脉冲信号。图5(b)给出了HEART_PULSE的电信号,它是由图5(a)信号经过比较器及三极管开关后得到的。该信号可以直接输入微处理器的端口,由微处理器计算并输出心跳速率。
图5心跳速率信号图
在开发上述心跳速率检测系统的时候,有几个关键的地方要特别注意:
1)LEFT_ARM、RIGHT_ARM接电容可以大大提高信噪比;在LEFT_ARM、RIGHT_ARM上的心跳速率信号主要能量在1Hz左右的频率上,而电容是低通滤波器,能够起到滤波和抑制噪声的作用;选择大电容消除掉高频噪声,在实验中采用了10uF的无极性电容,效果很好;
2)低通滤波电路有效削弱工频信号,提高信噪比;采用有源滤波和无源滤波相结合的方法,边放大边滤波,相比于放大后滤波有更好的效果;
3)电容隔离衰减和多级放大有利于提高信噪比;主要噪声是50Hz的工频信号,多级放大和滤波尽管增加了热噪声,但是对工频噪声抑制很大,当然放大级数不能无限多,最佳的级数是工频噪声和热噪声之和最小。
4)抑制直流信号漂移应该选用小电容隔离,这是实验结果表明的,其原因有待进一步研究。
4.结论
本文设计并演示一种AD620芯片的心跳速率检测系统,详细介绍了系统各个部分的电路设计,给出了提高系统性能的方法。实验表明该系统获得较好的心电信号和准确的心跳速率。本文的心跳速率检测系统抗干扰能力强,结构简单,成本低廉。
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