CN109044318A - 简易心率测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明披露一种简易心率测量装置，包括心率采集模块、低通滤波模块、信号放大模块、信号处理模块以及显示模块。本发明通过反射式的测量方法得到心率采集信号，经过低通滤波模块、信号放大模块、信号处理模块、显示模块等处理、显示过程，达到测量、显示心率的目的。与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：不仅能够低成本、方便、快捷、准确的测量使用者的心率，而且还具有查阅以往测量记录、定时开关机以及调节显示效果的功能。

Description

简易心率测量装置

技术领域

本发明涉及人体生理数据测量，具体涉及一种简易心率测量装置。

背景技术

心率是一项重要的人体机能指标，健康成年人大约每分钟的心跳在72下。当一个人运动时，心率会逐渐升高，当停下来后又会慢慢恢复。如果心率比正常的低，表明心率过缓；比正常高，表明心率过速。心率测量存在的便捷性、准确性往往是人们在体检、体育锻炼等日常生活中需要面临的问题。目前，主流的测量心率的方法有把脉法和心电图法。所谓把脉法就是用手按在手腕上的动脉处，通过人工计数，获得心率。这种方法虽然方便、易于操作、陈本低，但是准确率低，具有极大的不确定性。心电图法需要借助昂贵、精密、笨重的医疗设备才能完成心率的测量，而且不便于携带。因此，如何开发出一个价格低廉、性能可靠、方便携带的心率测量装置就成了迫在眉睫的问题。专利号CN 107865649 A中，采用了透射式的方法测量心率，通过检测通过指尖光线强度的变化来进一步检测心率的变化，一般只能通过手指或者耳垂等组织结构较薄的地方来完成测量，不方便使用。本发明采用的是反射式的方法，没有限制测量部位的组织结构厚度。CN 107865649 A中只能显示当前的心率，无法查看之前的测量结果，本发明可以查阅之前的心率测量记录。CN 107865649 A中显示屏无法调节显示效果，本发明可以通过调节显示屏对比度，达到调节显示效果的目的。此外，本发明还具有定时开关机的功能，使用者可以自行设定开关机时间。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提出一种简易心率测量装置，并通过以下技术方案解决：

本发明的心率测量装置包括心率采集模块、低通滤波模块、信号放大模块、信号处理模块以及显示模块。

所述心率采集模块包括第一二极管，第二二极管，第五电阻、第六电阻、第十电阻以及三极管。第一二极管的正极端接第五电阻的一端，负极端接三极管的集电极；第五电阻的另一端接+5V电压；三极管的基极端接第十电阻的一端，第十电阻的另一端接单片机的第二引脚；第六电阻的一端接+5V电压，另一端接第二二极管的负极端；第二二极管的正极端接地。

所述低通滤波模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第一电容、第二电容。第一电阻的一端同时与第二电阻、第一电容的一端以及第二运算放大器的反相输入端连接，第二电阻的另一端接地；第一电容的另一端同时与第七电阻一端、第二运算放大器的输出端连接；第三电阻的一端同时与第四电阻、第二电容的一端以及第一运算放大器的反相输入端连接，第四电阻的另一端接地；第二电容的另一端与第一运算放大器的输出端连接。

所述信号放大模块包括第一运算放大器、第二运算放大器、第八电阻，第九电阻，以及第三电容、第四电容。第四电容的正极端与第二二极管的负极端连接，另一端与第九电阻的一端以及第一运算放大器同相输入端的连接；第九电阻的另一端接地；第一运算放大器的正电源端接+5V，负电源端接地；第三电容的正极端接第一运算放大器的输出端，另一端连接第八电阻的一端以及第二运算放大器的同相输入端；第八电阻的另一端接地；第二运算放大器的输出端与单片机的第六引脚连接。

所述信号处理模块包括单片机、第十一电阻、第五电容、第六电容、晶振。单片机的第十四引脚接+5V；第十一电阻的一端接+5V，另一端接单片机的第四引脚；单片机第五引脚接地；单片机的第十五引脚连接晶振以及第六电容的一端，第六电容的另一端接地；单片机的第十六引脚连接晶振的另一端以及第五电容的一端，第五电容的另一端接地。

所述显示模块包括显示屏。单片机的第十三、第十二、第十一、第十、第九以及第八引脚分别于显示屏的第十四、第十三、第十二、第十一、第四以及第六引脚连接；显示屏的第一引脚以及第五引脚接地，第二引脚接+5V。

所述第一二极管和第二二极管分别为红外线二极管和红外光电二极管。

所述第四电容和第三电容为电解电容。

本发明还包括定时开关机及工作指示灯电路；所述定时开关机及工作指示灯电路包括三极管、第十电阻、单片机第二引脚、第七电阻以及第三二极管；第七电阻的一端与第二运算放大器的输出端连接，另一端与第三二极管的正极端连接，第三二极管的负极端与三极管的集电极连接，三极管的基极与第十电阻的一端连接，第十电阻的另一端与单片机第二引脚连接，三极管的发射极接地。

本发明还包括心率数据存储以及读写电路；所述心率数据存储以及读写电路包括第十二电阻、单片机第七引脚、开关、显示屏第五引脚。第十二电阻的一端接+5V电压，第十二电阻的另一端接第七引脚，开关的一端接地，另一端接单片机第七引脚，显示器第五引脚与开关另一端连接。

本发明还包括显示效果调节电路；所述显示效果调节电路包括电位器和显示器第三引脚；显示器第三引脚与电位器的输入端连接，电位器的输入端接+5V电压，电位器另一端接地。

所述第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻的值为680千欧、6.8千欧、680千欧、6.8千欧、150欧、33千欧、470欧、68千欧、68千欧、1千欧、4.7千欧、10千欧、15千欧；所述第一电容、第二电容、第三电容、第四的、第五电容、第六电容以及晶振的值分别为100纳法、100纳法、1微法、1微法、22皮法、22皮法以及4MHz。

与现有技术相比，本发明的优点及积极效果在于:

1.本发明采用反射式的测量方法，对测量部位的组织厚度没有特别要求，使用者可以自行决定。

2.本发明还具有定时开关机及工作指示灯功能，使用者可以自行设定心率测量装置的启动与关闭时间。

3.本发明还具有心率数据存储以及读写功能，使用者可以存储自己的测量心率数据也可以查阅之前的心率测量结果，对自己的身体健康有更好的了解。

4.本发明有显示效果调节功能，使用者可以根据个人喜好及测量环境自行调节屏幕显示效果。

5.电路的结构简单，易于维护、响应快、成本低，能够快速，实时、便捷、准确的测量使用者的心率。

6.电路中存在多组滤波电路，可以滤除绝大部分直流信号以及高频干扰信号，以保证测量结果的准确性。

附图说明

图1为本发明心率计的功能结构示意图。

图2为本发明心率计一种实施例的心率采集模块、低通滤波模块、信号放大模块的电路原理图。

图3为本发明心率计一种实施例的信号处理模块、显示模块的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例的简易心率测量装置包括心率采集模块、低通滤波模块、信号放大模块、信号处理模块、显示模块。心率采集模块采集的心率信号经过低通滤波模块、信号放大模块以及信号处理模块的滤波、放大、处理之后传输至显示模块，得到测量的心率值。

如图2所示，本实施例的简易心率测量装置的心率采集模块、低通滤波模块、信号放大模块的电路原理图。

所述心率采集模块包括第一二极管D1，第二二极管D2，第五电阻R5、第六电阻R6、第十电阻R10以及三极管T1。第一二极管D1的正极端接第五电阻R5的一端，负极端接三极管T1的集电极；第五电阻R5的另一端接+5V电压；三极管T1的基极端接第十电阻R10的一端，第十电阻R10的另一端接单片机U1的第二引脚RA3；第六电阻R6的一端接+5V电压，另一端接第二二极管D2的负极端；第二二极管D2的正极端接地；

所述低通滤波模块包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一电容C1、第二电容C2。第一电阻R1的一端同时与第二电阻R2、第一电容C1的一端以及第二运算放大器G2的反相输入端连接，第二电阻R2的另一端接地；第一电容C1的另一端同时与第七电阻R7一端、第二运算放大器G2的输出端连接；第三电阻R3的一端同时与第四电阻R4、第二电容C2的一端以及第一运算放大器G1的反相输入端连接，第四电阻R4的另一端接地；第二电容C2的另一端与第一运算放大器G1的输出端连接。

所述信号放大模块包括第一运算放大器G1、第二运算放大器G2、第八电阻R8，第九电阻R9，以及第三电容C3、第四电容C4。第四电容C4的正极端与第二二极管D2的负极端连接，另一端与第九电阻R9的一端以及第一运算放大器G1同相输入端的连接；第九电阻R9的另一端接地；第一运算放大器G1的正电源端接+5V，负电源端接地；第三电容C3的正极端接第一运算放大器G1的输出端，另一端连接第八电阻R8的一端以及第二运算放大器G2的同相输入端；第八电阻R8的另一端接地；第二运算放大器G2的输出端与单片机的第六引脚RB0连接。

如图3所示，本实施例的简易心率测量装置的信号处理模块、显示模块。

所述信号处理模块包括单片机U1、第十一电阻R11、第五电容C5、第六电容C6、晶振Y1。单片机U1的第十四引脚Vdd接+5V；第十一电阻R11的一端接+5V，另一端接单片机U1的第四引脚(MCLR)；单片机U1第五引脚Vss接地；单片机U1的第十五引脚OSC2连接晶振Y1以及第六电容C6的一端，第六电容C6的另一端接地；单片机U1的第十六引脚OSC1连接晶振Y1的另一端以及第五电容C5的一端，第五电容C5的另一端接地。

所述显示模块包括显示屏U2。单片机U1的第十三引脚RB7、第十二引脚RB6、第十一引脚RB5、第十引脚RB4、第九引脚RB3以及第八引脚RB2分别与显示屏U2的第十四引脚D7、第十三引脚D6、第十二引脚D5、第十一引脚D4、第四引脚RS以及第六引脚EN连接；显示屏U2的第一引脚Vss以及第五引脚R/W接地，第二引脚Vcc接+5V。

所述第一二极管D1和第二二极管D2分别为红外线二极管和红外光电二极管。

所述第四电容C4和第三电容C3为电解电容。

所述第二电容C2与第三电阻R3、第一电容C1与第一电阻R1起到了低通滤波的作用；第四电容C4、第三电容C3耦合输入信号，起到了滤除直流分量的作用。

所述第九电阻R9与第八电阻R8分别为第一运算放大器G1、第二运算放大器G2的偏置电阻，提高了运算放大器G1、G2的稳定性以及防止饱和。

所述第一电阻R1与第二电阻R2以及第三电阻R3与第四电阻R4分别构成第二运算放大器G2和第一运算放大器G1的反馈组件，决定了运算放大器的电压增益大小。

所述低通滤波模块的截止频率约为2.5Hz，原则上可测量心率最高为150次/分钟。

本发明还包括定时开关机及工作指示灯电路；所述定时开关机及工作指示灯电路包括三极管T1、第十电阻R10、单片机U1第二引脚RA3、第七电阻R7以及第三二极管D3；第七电阻R7的一端与第二运算放大器G2的输出端连接，另一端与第三二极管D3的正极端连接，第三二极管D3的负极端与三极管T1的集电极连接，三极管T1的基极与第十电阻R10的一端连接，第十电阻R0的另一端与单片机U1第二引脚RA3连接，三极管T1的发射极接地。

本发明还包括心率数据存储以及读写电路；所述数据读写电路包括第十二电阻R12、单片机U1第七引脚RB1、开关KEY1、显示屏U2第五引脚R/W。第十二电阻R12的一端接+5V电压，第十二电阻R12的另一端接第七引脚RB1;开关KEY1的一端接地，另一端接单片机U1第七引脚RB1，显示器第五引脚与开关KEY1另一端连接。

本发明还包括显示效果调节电路；所述显示效果调节电路包括电位器R13和显示器第三引脚V0；显示器第三引脚V0与电位器R13的输入端连接，电位器R13的输入端接+5V电压，电位器R13另一端接地。

所述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13的值分别为680千欧、6.8千欧、680千欧、6.8千欧、150欧、33千欧、470欧、68千欧、68千欧、1千欧、4.7千欧、10千欧、15千欧；所述第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C7以及晶振Y1的值分别为100纳法、100纳法、1微法、1微法、22皮法、22皮法以及4MHz。

在使用时，使用者将D1、D2放在人体动脉流经的部位。例如，桡动脉（即手腕外侧的动脉），其次是颞动脉（太阳穴处）、颈动脉（颈部外侧）、肱动脉（肘窝处）、足背动脉（足背正中靠近踝处）和股动脉（大腿根内侧）、面动脉、下颌动脉（下颌角处）。例如，选取桡动脉作为测量部位，D1发出的红外线进过桡动脉反射回来被D2接收。人体的皮肤、骨骼、肉、脂肪等对光的反射是固定值，而毛细血管和动静脉则在心脏的作用下随着脉搏容积不停变大变小。当心脏收缩时，外周血容量最多、光吸收量也最大，反射的光也就越少，D2检测到的红外线强度最小；而在心脏舒张时，正好相反，检测到的红外线强度最大，反射的光也就越多，使D2接收到的光强度随之呈脉动性变化,从而使得D2两端的电压变化，产生电信号，也就是心率电信号，经过滤波模块、信号放大模块、信号处理模块之后在显示模块上显示出心率值。

当使用者按下按钮KEY1时，当前测量的心率结果就会被单片机U1 PIC16CR84读取存入到内部存储器中；当使用者再次按下按钮KEY1时，单片机U1便会将存储在内部的数据传入显示器，显示屏U2上回显示之前的心率测量结果。

当使用者调节电位器R13时，由于接入电路电阻的变化，显示器V0引脚的电压发生变化，从而改变显示器的显示效果。

当使用者结束测量的操作之后，使用者可以自行关闭本测量装置也可以通过设置开关机时间，使本心率测量装置自行关闭。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明型专利的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种简易心率测量装置，其特征在于：包括心率采集模块、低通滤波模块、信号放大模块、信号处理模块以及显示模块；

所述心率采集模块包括第一二极管，第二二极管，第五电阻、第六电阻、第十电阻以及三极管；第一二极管的正极端接第五电阻的一端，负极端接三极管的集电极；第五电阻的另一端接+5V电压；三极管的基极端接第十电阻的一端，第十电阻的另一端接单片机的第二引脚；第六电阻的一端接+5V电压，另一端接第二二极管的负极端；第二二极管的正极端接地；

所述低通滤波模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第一电容、第二电容；第一电阻的一端同时与第二电阻、第一电容的一端以及第二运算放大器的反相输入端连接，第二电阻的另一端接地；第一电容的另一端同时与第七电阻一端、第二运算放大器的输出端连接；第三电阻的一端同时与第四电阻、第二电容的一端以及第一运算放大器的反相输入端连接，第四电阻的另一端接地；第二电容的另一端与第一运算放大器的输出端连接；

所述信号放大模块包括第一运算放大器、第二运算放大器、第八电阻，第九电阻，以及第三电容、第四电容；第四电容的正极端与第二二极管的负极端连接，另一端与第九电阻的一端以及第一运算放大器同相输入端的连接；第九电阻的另一端接地；第一运算放大器的正电源端接+5V，负电源端接地；第三电容的正极端接第一运算放大器的输出端，另一端连接第八电阻的一端以及第二运算放大器的同相输入端；第八电阻的另一端接地；第二运算放大器的输出端与单片机的第六引脚连接；

所述信号处理模块包括单片机、第十一电阻、第五电容、第六电容、晶振；单片机的第十四引脚接+5V；第十一电阻的一端接+5V，另一端接单片机的第四引脚；单片机第五引脚接地；单片机的第十五引脚连接晶振以及第六电容的一端，第六电容的另一端接地；单片机的第十六引脚连接晶振的另一端以及第五电容的一端，第五电容的另一端接地；

所述显示模块包括显示屏；单片机的第十三、第十二、第十一、第十、第九以及第八引脚分别于显示屏的第十四、第十三、第十二、第十一、第四以及第六引脚连接；显示屏的第一引脚以及第五引脚接地，第二引脚接+5V。

2.根据权利要求1所述的简易心率测量装置，其特征在于：

所述的简易心率测量装置具有查阅以往测量记录的功能；

所述的简易心率测量装置具有定时开关机功能；

所述的简易心率测量装置具有调节显示效果的功能；

所述第四电容和第三电容为电解电容；

所述第一二极管和第二二极管分别为红外线二极管和红外光电二极管；

所述第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻的值为680千欧、6.8千欧、680千欧、6.8千欧、150欧、33千欧、470欧、68千欧、68千欧、1千欧、4.7千欧、10千欧、15千欧；所述第一电容、第二电容、第三电容、第四的、第五电容、第六电容以及晶振的值分别为100纳法、100纳法、1微法、1微法、22皮法、22皮法以及4MHz。