基于单片机的心率设计 - 图文

第5章 系统干扰分析及处理措施

5.1 干扰分析

为了提高该监测系统的精确度，系统首先要解决的是硬件方面的干扰问题。在光电式心率监测系统的测量过程中，前端测量到的心率信号十分微弱，容易受到外界环境干扰，其中主要的干扰源有测量环境光干扰、电磁干扰、测量运动噪声。

5.1.1 环境光干扰及处理措施

在光电心率传感器中，光敏器件接收到的光信号不仅包含心跳信息的透射光信号，还包含测量环境下的背景光信号，由于动脉波动引起的光强变化比背景光变化微弱得多，因此在测量过程当中要保持测量背景光恒定，减少背景光干扰[16]。

测量环境下的背景光包含环境光和在测量过程中引起的二次反射光。为了减少环境光对心率信号测量的影响，同时考虑到传感器使用的方便性，采用密封的指套式包装方式，整个外壳采用不透光的介质和颜色，尽量减小外界环境光的影响。为了避免测量过程中的二次反射光影响，在指套式传感器的内层表面涂一层吸光材料，能有效减少二次反射光的干扰。

加上指套式外壳后的心率传感器测量到的心率波形比较平滑。这是因为加指套式的心率传感器中环境光在测量过程中基本不受外界环境光的影响，而且能够有效减少二次反射光，使照射到手指上的光波长单一，所以得到的心率信号较为稳定，没有明显的重叠杂波信号，能够很好的体现出心率波形的特征。

5.1.2 电磁干扰及处理措施

通过光电转换得到的包含心率信息的电信号一般比较微弱，容易受到外界电磁信号的干扰，在传统的光电式心率传感器电路中，由于光敏器件和放大电路是

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分开的，在信号的传递过程就很容易受到外界电磁干扰，通常在一级放大电路采用电磁屏蔽的方式来消除电磁干扰[17]。本系统采用新型光敏器件，在芯片内部集成光敏器和一级放大电路，有效抑制了外界电磁信号对原始心率信号的干扰。

工频干扰是电路中最常见的干扰，心率信号变化缓慢，特别容易受到工频信号的干扰，因此对工频信号干扰的抑制是保证心率信号测量精度的主要措施之一。通常心率信号的频率范围在0.3-30Hz之间，小于工频50Hz，因此通过低通滤波器可以有效滤除工频干扰，这在信号调理电路中容易实现；同时可以在控制电路中对光源进行脉冲调制，这样不但能够降低系统的功耗，而且能够在一定程度上减小外界的电磁干扰，在心率信号数据采集后，可以通过数据处理法方法进一步滤除工频信号的干扰。

5.1.3 测量过程中运动噪声干扰及处理措施

测量过程当中，通常情况下手指和光电心率传感器可能产生相对的运动，这样对心率测量产生误差，可以通过两个方面减少运动噪声误差：一是改善指套式传感器的机械抗运动性，比如说使指套能够更紧的套在手指上，不易松动；二是从心率信号处理的角度，通过算法来减小误差。对于传感器的设计，现在采用的第一个途径。

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第6章 系统测试结果

6.1 硬件调试

根据系统设计方案，本系统调试分为两大部分：模拟部分和MCU部分。系统设计采用模块化设计，方便各电路功能模块的逐级测试。断开两部分连接点，先调试MCU部分，试着输入一系列脉冲，观察MCU部分能是否能显示；模拟部分用不透明的笔在红外发射二极管和接收三级管之间摇摆，用示波器观察波形效果如何。单片机软件先在最小系统板上调试，确保工作正常之后，再与硬件系统联调。最后将各模块组合后进行整体测试，使系统的功能得以实现。以下是硬件系统调试过程。

系统上电后等待测试状态，如图6.1所示：

图6.1 等待测试

测量中显示的数据，如图6.2所示：

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图6.2 测量中显示数据

测量结束后显示的心跳次数，如图6.3所示：

图6.3 测量结束显示数据

调试过程中的问题及解决办法：(1)传感器输出的正弦波幅度很小，经整形输出后检测到的脉冲还是很弱，在确定电路没有问题的情况下，加强信号的放大倍数，调整电阻R22和R24的阻值。(2)测量显示正常但经适当运动后测量，心跳次数没有增加，经检查是前置放大级有问题，更换之后系统运行正常。(3)进人测量状态后，测量值不稳定，主要是光电传感器受到手机等电磁波干扰，其次是指尖汗液影响测量，将手机关机且测量前擦干指尖汗液即可。

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