CN204169841U - 一种心率监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及监测技术领域，尤其是一种心率监测系统。它包括MSP430单片机、数据采集模块、上位机、无线通信模块和电源模块；所述数据采集模块包括红外传感器、滤波电路和放大电路。所述红外传感器检测的心率信号经滤波电路进行滤波处理，经放大电路对滤波后的信号进行放大后输送至MSP430单片机，所述MSP430单片机对放大信号进行处理后通过无线通信模块将监测结果发送到上位机，所述电源模块为MSP430单片机提供工作电压。本实用新型结构简单、体积小、功耗低、使用便携，具有很强的实用性。

Description

一种心率监测系统

技术领域

本实用新型涉及监测技术领域，尤其是一种基于MSP430单片机的红外便携式心率监测系统。

背景技术

心率是心血管疾病诊断的重要生理指标。心血管疾病是目前死亡率最高的疾病之一，而这类疾病发作的主要前兆是心率出现异常。对于心血管疾病患者和高发人群来说，若能进行实时心率监测，在发病之初进行及时抢救，患者的生存率将会大幅提升。在心脏跳动的过程中，人体组织的半透明度会出现明显变化，这种现象在手指尖等部位尤为明显。根据该原理，通过红外光照射手指尖可以获取人体心率数据。

目前，传统的心率监测系统在可实现24小时全天候监测，并具有异常心率监测和报警功能方面不够完善，并存在结构复杂、集成度低、体积大不便携带与使用等问题。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种结构简单、体积小、功耗低及使用便携的心率监测系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种心率监测系统，它包括MSP430单片机、数据采集模块、上位机、无线通信模块和电源模块；所述数据采集模块包括红外传感器、滤波电路和放大电路；

所述红外传感器检测的心率信号经滤波电路进行滤波处理，经放大电路对滤波后的信号进行放大后输送至MSP430单片机，所述MSP430单片机对放大信号进行处理后通过无线通信模块将监测结果发送到上位机，所述电源模块为MSP430单片机提供工作电压。

优选地，所述红外传感器为TCRT5000红外传感器；

所述TCRT5000红外传感器的第一引脚和第二引脚之间连接有串联的第六电阻和第七电阻，所述TCRT5000红外传感器的第四引脚通过第九电容连接滤波电路的输入端。

优选地，所述放大电路包括一LM358芯片、第二二极管、第三发光二极管、第八电容、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；

所述第二二极管和第三发光二极管串联后连接于LM358芯片的第一引脚和第四引脚之间，所述第四电阻连接于LM358芯片的第二引脚和第八引脚之间，所述第三电阻连接于LM358芯片的第一引脚和第三引脚之间，所述第二电阻、第八电容和第五电阻依次串联后连接于LM358芯片的第三引脚和第二引脚之间。

优选地，所述无线通信模块包括一nRF2401芯片、天线、第三晶振、第一电感、第二电感、第三电感、第五电阻、第十九电容、第二十电容、第二十一电容、第二十二电容和第二十四电容；

所述nRF2401芯片的CE引脚、CSN引脚、CLK1引脚、DR1引脚、DATA1引脚和IRQ引脚分别连接于MSP430单片机的P5.1引脚、P5.3引脚、P3.3引脚、P3.1引脚、P3.2引脚、P3.0引脚，所述nRF2401芯片的ANT2引脚通过依次串联的第二电感和第二十四电容与天线连接，所述第三电感连接于nRF2401芯片的ANT2引脚和ANT1引脚之间，所述第一电感连接于nRF2401芯片的ANT1引脚和VDD_PA引脚之间，所述nRF2401芯片的VDD_PA引脚分别通过第二十一电容和第二十二电容接地，所述第三晶振连接于nRF2401芯片的XC2引脚和XC1引脚之间，所述第五电阻与第三晶振并联，所述nRF2401芯片的XC2引脚和XC1引脚分别通过第十九电容和第二十电容接地。

由于采用了上述方案，本实用新型采用低功耗的MSP430单片机，利用TCRT5000红外传感器监测，并融合了无线传输技术的nRF2401无线模块，可实现24小时全天候监测，并有异常心率监测和报警功能，具有集成度高，低功耗及方便携带等特点，具有很强的实用性。

附图说明

图1是本实用新型实施例的系统总体框图；

图2是本实用新型实施例的红外传感器的电路连接结构图；

图3是本实用新型实施例的放大电路的电路连接结构图；

图4是本实用新型实施例的MSP430单片机的电路连接结构图；

图5是本实用新型实施例的无线通信模块的电路连接结构图；

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1所示，本实用新型实施例提供的一种心率监测系统，它包括MSP430单片机1、数据采集模块2、上位机7、无线通信模块3和电源模块8；数据采集模块2包括红外传感器6、滤波电路5和放大电路4；

所述红外传感器6检测的心率信号经滤波电路5进行滤波处理，经放大电路4对滤波后的信号进行放大后输送至MSP430单片机1，所述MSP430单片机1对放大信号进行处理后通过无线通信模块3将监测结果发送到上位机7所述电源模块8为MSP430单片机1提供工作电压。

本实用新型实施例采用高可靠性的红外传感器6通过测量手指脉搏信号，并根据特定波长红外线对血管末端血液微循环引起的血液容积变化的敏感特性，检测心脏搏动所引起的指尖血液变化，脉搏信号经过具有滤波与放大功能的滤波电路5和放大电路4对信号进行预处理后，输送入MSP430单片机1的比较器专用I/O口CA0或CA1进行心率计数。根据系统设定的阈值与检测的心率数比较，当心率超出人体正常值时，MSP430单片机1会通过SPI接口通过无线通信模块3发出信息至上位机7。

如图2所示，本实施例的红外传感器6为TCRT5000红外传感器V1；其中TCRT5000红外传感器V1的第一引脚和第二引脚之间连接有串联的第六电阻R6和第七电阻R7，TCRT5000红外传感器V1的第四引脚通过第九电容C9连接滤波电路的输入端，TCRT5000红外传感器V1的第二引脚和第三引脚接地，在第六电阻R6和第七电阻R7之间连接5V电源；由图2的组成的电路为红外传感器检测电路。

如图3所示，本实施例的放大电路4包括一LM358芯片U1、第二二极管V2、第三发光二极管V3、第八电容C8、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5。

其中，第二二极管V2和第三发光二极管V3串联后连接于LM358芯片U1的第一引脚和第四引脚之间，第四电阻R4连接于LM358芯片U1的第二引脚和第八引脚之间，第三电阻R3连接于LM358芯片U1的第一引脚和第三引脚之间，第二电阻R2、第八电容C8和第五电阻R5依次串联后连接于LM358芯片U1的第三引脚和第二引脚之间，LM358芯片U1的第四引脚接地、第八引脚接VCC电源，LM358芯片U1的第二引脚通过第五电阻R5接地，红外传感器6传送过来的信号依次通过第一电阻R1和第二电阻R2连接LM358芯片U1的第三引脚。

由于红外传感器6输出阻抗相对较小，所以放大电路4采用输入阻抗较小的反相放大器。反相放大电路的优点是：若信号源阻抗偏低，采用反相放大电路可以实现较高的信噪比。因此，运放采用体积小、成本低且具有频率补偿的LM358芯片。

如图4所示，本实施例的MSP430单片机1的连接电路还包括第一晶振Y1、第二晶振Y2、第一按键SW1、第八电阻R8、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和第六电容C6、第七电容C7。

其中，MSP430单片机1的P2.3引脚连接放大电路4的第一引脚，MSP430单片机1的AVCC引脚通过第三电容C3接地并连接VCC电源，MSP430单片机1的DVCC引脚通过第六电容C6接地并连接VCC电源，MSP430单片机1的RST引脚分别通过第七电容C7接地和第八电阻R8接VCC电源，第一按键SW1与第七电容C7并联，第一晶振连接于MSP430单片机1的XT2IN引脚和XT2OUT引脚之间，第一电容C1和第二电容C2与第一晶振1串联，第一电容C1与第二电容C2之间接地，第二晶振Y2连接于MSP430单片机1的XIN引脚和XOUT引脚之间，第四电容C4和第五电容C5与第二晶振串联Y2，第四电容C4与第五电容C5之间接地，MSP430单片机1的DVSS引脚和AVSS引脚接地。

本实施例的数据采集模块2的工作电压为3.3v，与MSP430单片机1供电电压相同，所以数据采集模块2可以通过MSP430单片机1的CA0引脚与MSP430单片机1直接进行通信，无需分压。MSP430单片机1的CA0引脚和CA1引脚是MSP430单片机1的比较器端口，其CA0引脚接收心率信号、CA1引脚接收参考电压。MSP430单片机1除CA1引脚以外，参考电压还可以通过比较器专用寄存器进行设定，当心率信号送入MSP430单片机1后，MSP430单片机1将心率信号与参考电压进行比较，如果超过参考电压，那么MSP430单片机1内部的计数器就会加1，从而通过获取心率计数。

如图5所示，本实施例的无线通信模块3包括一nRF2401芯片U3、天线、第三晶振Y3、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电阻R4、第五电阻R5、第十五电容C15、第十六电容C16、第十七电容C17、第十八电容C18、第十九电容C19、第二十电容C20、第二十一电容C21、第二十二电容C22、第二十三电容C23和第二十四电容C24。

其中，nRF2401芯片U3的CE引脚、CSN引脚、CLK1引脚、DR1引脚、DATA1引脚和IRQ引脚分别连接于MSP430单片机1的P5.1引脚、P5.3引脚、P3.3引脚、P3.1引脚、P3.2引脚、P3.0引脚，nRF2401芯片U3的ANT2引脚通过依次串联的第二电感L2和第二十四电容C24与天线连接，第二十四电容C24通过第二十三电容C23接地，第三电感L3连接于nRF2401芯片U3的ANT2引脚和ANT1引脚之间，第一电感L1连接于nRF2401芯片U3的ANT1引脚和VDD_PA引脚之间，nRF2401芯片U3的VDD_PA引脚分别通过第二十一电容C21和第二十二电容C22接地，第三晶振Y3连接于nRF2401芯片U3的XC2引脚和XC1引脚之间，第五电阻R5与第三晶振Y3并联，nRF2401芯片U3的XC2引脚和XC1引脚分别通过第十九电容C19和第二十电容C20接地；

第四电阻R4连接于nRF2401芯片U3的第一VSS引脚和IREF引脚之间，nRF2401芯片U3的DVDD引脚和第二VSS引脚短接后通过第十五电容C15接地，nRF2401芯片U3的第三VSS和第四VSS引脚接地，nRF2401芯片U3的三个VDD引脚连接VCC电源并分别通过第十六电容C16、第十七电容C17和第十八电容C18接地。

本实施例的无线通信模块3由nRF2401芯片U3，晶振电路和天线构成。因为MSP430单片机1和nRF2401芯片U3的端口电压相匹配，所以MSP430单片机1和nRF2401芯片U3之间可以采用I/O口直接连接。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种心率监测系统，其特征在于：它包括MSP430单片机、数据采集模块、上位机、无线通信模块和电源模块；所述数据采集模块包括红外传感器、滤波电路和放大电路；

所述红外传感器检测的心率信号经滤波电路进行滤波处理，经放大电路对滤波后的信号进行放大后输送至MSP430单片机，所述MSP430单片机对放大信号进行处理后通过无线通信模块将监测结果发送到上位机，所述电源模块为MSP430单片机提供工作电压。

2.如权利要求1所述的一种心率监测系统，其特征在于：所述红外传感器为TCRT5000红外传感器；

所述TCRT5000红外传感器的第一引脚和第二引脚之间连接有串联的第六电阻和第七电阻，所述TCRT5000红外传感器的第四引脚通过第九电容连接滤波电路的输入端。

3.如权利要求2所述的一种心率监测系统，其特征在于：所述放大电路包括一LM358芯片、第二二极管、第三发光二极管、第八电容、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；

所述第二二极管和第三发光二极管串联后连接于LM358芯片的第一引脚和第四引脚之间，所述第四电阻连接于LM358芯片的第二引脚和第八引脚之间，所述第三电阻连接于LM358芯片的第一引脚和第三引脚之间，所述第二电阻、第八电容和第五电阻依次串联后连接于LM358芯片的第三引脚和第二引脚之间。

4.如权利要求1-3中任一项所述的一种心率监测系统，其特征在于：所述无线通信模块包括一nRF2401芯片、天线、第三晶振、第一电感、第二电感、第三电感、第五电阻、第十九电容、第二十电容、第二十一电容、第二十二电容和第二十四电容；

所述nRF2401芯片的CE引脚、CSN引脚、CLK1引脚、DR1引脚、DATA1引脚和IRQ引脚分别连接于MSP430单片机的P5.1引脚、P5.3引脚、P3.3引脚、P3.1引脚、P3.2引脚、P3.0引脚，所述nRF2401芯片的ANT2引脚通过依次串联的第二电感和第二十四电容与天线连接，所述第三电感连接于nRF2401芯片的ANT2引脚和ANT1引脚之间，所述第一电感连接于nRF2401芯片的ANT1引脚和VDD_PA引脚之间，所述nRF2401芯片的VDD_PA引脚分别通过第二十一电容和第二十二电容接地，所述第三晶振连接于nRF2401芯片的XC2引脚和XC1引脚之间，所述第五电阻与第三晶振并联，所述nRF2401芯片的XC2引脚和XC1引脚分别通过第十九电容和第二十电容接地。