CN205625914U - 一种便携式心率监测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便携式心率监测器，其特征在于，包括：控制模块、心率测试模块、显示模块，控制模块分别连接心率测试模块、显示模块。本实用新型的一种便携式心率监测器通过采用光电传感器测量人体组织的透明度，进行人体脉搏的无创监测，结合单片机技术高效、实时、快捷、准确地进行心率的测量，为人们提供了生命安全保障，为医生的医疗过程提供数据与帮助。

Description

一种便携式心率监测器

技术领域

本实用新型涉及一种监测装置，具体涉及一种便携式心率监测器，本实用新型属于医疗保健设备设计领域。

背景技术

心率指是人体心脏每分钟跳动的次数，它是反映心脏是否正常工作的一个重要参数，它综合反映了人体内各种生理变化的一扇“窗口”，通过它，能够比较准确地描述身体机能对运动刺激的即刻反应和慢性适应。心率也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异常，因此早期防治十分重要，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。

在学校中，由体育运动引发猝死的事件时有发生，引发教育界和医学界的深入思考。学校对身体状况异常的同学，进行适度运动，并在运动过程进行心率监测显得十分必要。

目前，医院使用的各种心率监测仪器价格昂贵、体积大、监测过程复杂，不便于随身携带。因此难以为学生体育运动与生命安全提供保障。同时，为患有心血管疾病的人们，也亟需一种安全、便捷、家用便携式医疗电子设备，为医生的医疗过程提供数据与帮助，但是现有技术亦尚无法做到这一点。

实用新型内容

为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种便携式心率监测器，以解决现有技术难以实现安全、便捷地进行心率监测的技术问题。

为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：

一种便携式心率监测器，其特征在于，包括：控制模块、心率测试模块、显示模块，控制模块分别连接心率测试模块、显示模块。

前述的一种便携式心率监测器，其特征在于，还包括电源模块，电源模块分别连接心率测试模块和控制模块。

前述的一种便携式心率监测器，其特征在于，所述心率测试模块包括光电传感器、信号处理模块，光电传感器连接信号处理模块；所述光电传感器监测心率信号并输出到信号处理模块。

前述的一种便携式心率监测器，其特征在于，所述光电传感器为SON1303心率传感器，SON1303心率传感器监测心率并输出方波信号。

前述的一种便携式心率监测器，其特征在于，信号处理模块包括前置放大电路、低通滤波器、积分比较电路，所述光电传感器连接前置放大电路，前置放大电路连接低通滤波器，低通滤波器连接积分比较电路，积分比较电路连接控制模块。

前述的一种便携式心率监测器，其特征在于，所述控制模块包括单片机，所述单片机分别连接积分比较电路、显示模块。

前述的一种便携式心率监测器，其特征在于，所述光电传感器包括红外发射管D1、红外接收管D2、所述前置放大器包括运算放大器U1A、运算放大器U2A、运算放大器U3A，所述红外发射管D1的正极连接运算放大器U1A的输出端，所述运算放大器U1A的正输入端连接滑动变阻器R1，运算放大器U1A的负输入端连接电阻R2的一端、电阻R3的一端、电容C1的一端，电阻R2的另一端接地，电阻R3的另一端连接红外发射管D1的负极、电容C1的另一端、电容C2的一端，电容C2的另一端接地；所述红外接收管D2为NPN三极管，红外接收管D2的集电极连接电阻R4的一端和电容C3的一端，电阻R4的另一端连接电源；红外接收管D2的发射极接地；电容C3的另一端分别连接运算放大器U2A的正输入端、电阻R5的一端；运算放大器U2A的负输入端连接电容C4的一端，和滑动变阻器R6，滑动变阻器R6连接电容C4另一端；运算放大器U2A的输出端连接电阻R5的另一端、电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接运算放大器U3A的正输入端，运算放大器负输入端连接电阻R8的一端、电阻R9的一端、电容C6的一端，电阻R9的另一端连接电容C5的一端，电容C5的另一端接地；电阻R8的另一端分别连接电容C6的另一端、电容C7的一端，电阻R10的一端，电容C7的另一端接地；电阻R10的另一端连接运算放大器U3A的输出端；电阻R10的另一端与低通滤波器连接。

前述的一种便携式心率监测器，其特征在于，所述低通滤波器包括运算放大器U1、运算放大器U2、运算放大器U3，所述运算放大器U1的正输入端连接电阻R4的一端、电阻R3的一端、电阻R5的一端，电阻R4的另一端连接前置放大电路；运算放大器U1的负输入端连接电容C2的一端、电阻R2的一端、运算放大器U2的负输入端，电阻R2的另一端分别与电阻R3的另一端、运算放大器U2的输出端连接；运算放大器U2的正输入端分别连接电阻R1的一端、电容C1的一端；电容C1的另一端接地；电阻R1的另一端和电容C2的另一端、运算放大器U1的输出端连接；电阻R5的另一端分别连接运算放大器U3的正输入端、电容C3的一端；电容C3的另一端接地；运算放大器U3的负输入端连接运算放大器U3的输出端，运算放大器U3的输出端连接积分比较电路。

前述的一种便携式心率监测器，其特征在于，所述积分比较电路包括运算放大器U4、运算放大器U5、运算放大器U6、运算放大器U7，所述运算放大器U4的正输入端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接地；运算放大器U4的负输入端分别连接电阻R1的一端、电阻RP1的一端，电阻R1的另一端分别连接运算放大器U4的输出端、电阻R2的一端；运算放大器U5的正输入端连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端接地；运算放大器U5的负输入端分别连接电阻R7的一端、电容C1的一端，电阻R7的另一端连接电阻RP2的一端，电容C1的另一端分别连接运算放大器U5的输出端、电阻R6的一端；运算放大器U6的正输入端连接电阻R11的一端，电阻R11的另一端接地；运算放大器U6的负输入端分别连接电阻R9的一端、电阻R10的一端、电容C2的一端、电容C3的一端，电阻R9的另一端连接电阻RP3的一端，电阻RP3的另一端分别连接运算放大器U6的输出端、电容C3的另一端、电阻R12的一端；电阻RP1的另一端、电阻RP2的另一端、电阻R10的另一端连接低通滤波器；运算放大器U7的负输入端分别连接电阻R2的另一端、电阻R6的另一端、电阻R12的另一端、电阻R3的一端，运算放大器U7的正输入端连接电阻R5的一端；电阻R5的另一端接地；电阻R3的另一端连接运算放大器U7的输出端，运算放大器U7的输出端连接控制模块。

前述的一种便携式心率监测器，其特征在于，还包括记忆电路和键盘模块，所述控制模块分别连接记忆电路和键盘模块。

本实用新型的有益之处在于：本实用新型的一种便携式心率监测器通过采用光电传感器测量人体组织的透明度，进行人体脉搏的无创监测，结合单片机技术高效、实时、快捷、准确地进行心率的测量，为人们提供了生命安全保障，为医生的医疗过程提供数据与帮助。

附图说明

图1是本实用新型一种便携式心率监测器的一个优选结构示意图；

图2是本实用新型一种便携式心率监测器基于图1的进一步展开示意图；

图3是本实用新型一种便携式心率监测器中光电传感器及前置放大电路的示意图；

图4是本实用新型一种便携式心率监测器中低通滤波器的示意图；

图5是本实用新型一种便携式心率监测器中积分比较电路的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作具体的介绍。

参照图1所示，本实用新型一种便携式心率监测器，包括：控制模块、心率测试模块、显示模块，控制模块分别连接心率测试模块、显示模块。本实用新型一种便携式心率监测器的监测原理如下：由于人体组织的半透明性，随着心脏的跳动，当血液送到人体组织时，组织的半透明度会减小；当血液流回心脏，人体组织的半透明度又会增加。这种现象在手指尖、耳垂、手臂等部位尤为明显， 因此可以用光电传感器照射上述部位，同时监测透射光，并把光信号转换为电信号，该电信号的频率与人体心率一致，再将该频率信号放大、滤波、整形后，提供给单片机识别、计算。心率测试模块用于监测心率信号并转换成电信号，控制模块用于获得心率信号、对其进行处理并输出处理结果，显示模块用于对控制模块输出的处理结果进行显示。本实用新型还包括电源模块，电源模块分别连接心率测试模块和控制模块，从而为心率测试模块和控制模块提供电力。

如图1所示，心率测试模块包括光电传感器、信号处理模块，光电传感器连接信号处理模块；光电传感器监测心率信号并输出到信号处理模块。作为优选，光电传感器为SON1303心率传感器，SON1303心率传感器监测心率并输出方波信号。心率测试模块SON1205是 以SON1303心率传感器为核心而设计的新型传感器，以3V锂锰电池CR2032为电源，它有2种波形输出：方波和心率波，由于本系统仅用于心率监测，所以监测其方波输出。

信号处理模块包括前置放大电路、低通滤波器、积分比较电路，光电传感器连接前置放大电路，前置放大电路连接低通滤波器，低通滤波器连接积分比较电路，积分比较电路连接控制模块。控制模块包括单片机，单片机分别连接积分比较电路、显示模块。控制模块为STC89C51RC单片机；光电传感器采用红外对管HR1068C-O5Y2和PT331C。

如图2所示，“便携式心率监测器”以单片机AT89C51为核心 ，由光电传感器采集脉搏信号，经过前置放大电路、滤波电路 、积分和比较电路后得到与脉搏相关的脉冲信号，该脉冲信号作为中断信号交由单片机进行脉冲周期的计算，计算出每分钟的脉搏搏动次数(即心率)，并在数码管上显示心率值。此外，本实用新型还包括记忆电路和键盘模块，控制模块分别连接记忆电路和键盘模块。通过记忆电路将数值记录下来，以便通过键盘模块的按键来查看心率的历史数据。利用程序实现上下限报警功能，在测量数据超过正常范围(如大于180 次/min 或小于45次/min)时进行报警，提醒使用者注意。

由于从人体采集到的生理信号十分微弱,其幅度一般在微伏到毫伏的数量级范围，而且在测试过程中由于肢体动作以及较强的工频干扰而产生大量的噪声。同时要将采集到的脉搏信号经过前置级放大电路进行高倍放大，这就要求电路具有高增益和高共模抑制比，即集成运放要有很高的共模抑制比和极低的零漂等，所选的电阻参数要尽量精确。放大电路由电阻网络和OP07组成，传感器及前置放大电路如图3所示。

根据图3可见，光电传感器包括红外发射管D1、红外接收管D2、前置放大器包括运算放大器U1A、运算放大器U2A、运算放大器U3A，红外发射管D1的正极连接运算放大器U1A的输出端，运算放大器U1A的正输入端连接滑动变阻器R1，运算放大器U1A的负输入端连接电阻R2的一端、电阻R3的一端、电容C1的一端，电阻R2的另一端接地，电阻R3的另一端连接红外发射管D1的负极、电容C1的另一端、电容C2的一端，电容C2的另一端接地；红外接收管D2为NPN三极管，红外接收管D2的集电极连接电阻R4的一端和电容C3的一端，电阻R4的另一端连接电源；红外接收管D2的发射极接地；电容C3的另一端分别连接运算放大器U2A的正输入端、电阻R5的一端；运算放大器U2A的负输入端连接电容C4的一端，和滑动变阻器R6，滑动变阻器R6连接电容C4另一端；运算放大器U2A的输出端连接电阻R5的另一端、电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接运算放大器U3A的正输入端，运算放大器负输入端连接电阻R8的一端、电阻R9的一端、电容C6的一端，电阻R9的另一端连接电容C5的一端，电容C5的另一端接地；电阻R8的另一端分别连接电容C6的另一端、电容C7的一端，电阻R10的一端，电容C7的另一端接地；电阻R10的另一端连接运算放大器U3A的输出端；电阻R10的另一端与低通滤波器连接。

低通滤波器如图4所示，包括运算放大器U1、运算放大器U2、运算放大器U3，运算放大器U1的正输入端连接电阻R4的一端、电阻R3的一端、电阻R5的一端，电阻R4的另一端连接前置放大电路；运算放大器U1的负输入端连接电容C2的一端、电阻R2的一端、运算放大器U2的负输入端，电阻R2的另一端分别与电阻R3的另一端、运算放大器U2的输出端连接；运算放大器U2的正输入端分别连接电阻R1的一端、电容C1的一端；电容C1的另一端接地；电阻R1的另一端和电容C2的另一端、运算放大器U1的输出端连接；电阻R5的另一端分别连接运算放大器U3的正输入端、电容C3的一端；电容C3的另一端接地；运算放大器U3的负输入端连接运算放大器U3的输出端，运算放大器U3的输出端连接积分比较电路。

积分比较电路如图5所示，包括运算放大器U4、运算放大器U5、运算放大器U6、运算放大器U7，运算放大器U4的正输入端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接地；运算放大器U4的负输入端分别连接电阻R1的一端、电阻RP1的一端，电阻R1的另一端分别连接运算放大器U4的输出端、电阻R2的一端；运算放大器U5的正输入端连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端接地；运算放大器U5的负输入端分别连接电阻R7的一端、电容C1的一端，电阻R7的另一端连接电阻RP2的一端，电容C1的另一端分别连接运算放大器U5的输出端、电阻R6的一端；运算放大器U6的正输入端连接电阻R11的一端，电阻R11的另一端接地；运算放大器U6的负输入端分别连接电阻R9的一端、电阻R10的一端、电容C2的一端、电容C3的一端，电阻R9的另一端连接电阻RP3的一端，电阻RP3的另一端分别连接运算放大器U6的输出端、电容C3的另一端、电阻R12的一端；电阻RP1的另一端、电阻RP2的另一端、电阻R10的另一端连接低通滤波器；运算放大器U7的负输入端分别连接电阻R2的另一端、电阻R6的另一端、电阻R12的另一端、电阻R3的一端，运算放大器U7的正输入端连接电阻R5的一端；电阻R5的另一端接地；电阻R3的另一端连接运算放大器U7的输出端，运算放大器U7的输出端连接控制模块。低通滤波器和积分比较电路的结构是基于本实用新型而特别设计，由于从人体采集到的生理信号十分微弱,其幅度一般在微伏到毫伏的数量级范围，而且在测试过程中由于肢体动作以及较强的工频干扰而产生大量的噪声。因此设计的低通滤波器具有很好的噪声抑制功能。

单片机系统以STC89C51RC为核心，结合LED数码显示。单片机系统监测心率测试模块SON1205的方波输出，测得一次心脏跳动到下次心脏跳动的时间间隔，从而计算出每分钟心率值，并在LED数码管上显示出来，实时监测心率。在电源模块的具体设计时，针对心率测试模块SON1205，可以采用锂锰电池CR2032为电源，电压为3V，针对单片机采用5V直流电源为电源，所以“共地”，将其地级连接在一起。此外，电源模块也可以设计成为具有一个单一模块，同时提供5V直流电和3V直流电，为控制模块和心率测试模块供电。

如图2所示，单片机控制及显示电路采用动态显示方式，利用单片机的 P1口的 P1 .0～ P1 .6作为数码管七段码的输入。利用 P3.0、P3.1、P3.2、 P3.3作为 4 只数码管的选通信号。从光电传感器输出的心率脉冲作为中断信号直接接到单片机AT89C512的9脚(即T1端)。由T0定时, T1计数。P1 .7输出心率的上 、下限报警信号，经二极管驱动报警器报警。系统将要显示心率数千位、百位 、十位、个位数分别存放在AT89C51单片机内部的41H 、 42H、43H、44H单元内。采用动态扫描，每隔5ms 分别轮流显示千位、百位、十位、个位。当单片机的第9脚有一上升沿时，T1脚计数1次，T0定时50 ms ，循环定时1200次， T1计数即为心率次数。

由此，本实用新型的便携式心率监测器通过光电传感器测量人体组织的透明度，进行人体脉搏的无创监测，结合单片机技术高效、实时、快捷、准确地进行心率的测量，为人们提供了生命安全保障，可以在高校、健身场所和医疗机构普及使用，也可以为医生的医疗过程提供数据与帮助。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.一种便携式心率检测器，其特征在于，包括：控制模块、心率测试模块、显示模块，控制模块分别连接心率测试模块、显示模块，还包括电源模块，电源模块分别连接心率测试模块和控制模块，所述心率测试模块包括光电传感器、信号处理模块，光电传感器连接信号处理模块；所述光电传感器检测心率信号并输出到信号处理模块，所述光电传感器为SON1303心率传感器，SON1303心率传感器检测心率并输出方波信号，信号处理模块包括前置放大电路、低通滤波器、积分比较电路，所述光电传感器连接前置放大电路，前置放大电路连接低通滤波器，低通滤波器连接积分比较电路，积分比较电路连接控制模块，所述控制模块包括单片机，所述单片机分别连接积分比较电路、显示模块，所述光电传感器包括红外发射管D1、红外接收管D2、所述前置放大器包括运算放大器U1A、运算放大器U2A、运算放大器U3A，所述红外发射管D1的正极连接运算放大器U1A的输出端，所述运算放大器U1A的正输入端连接滑动变阻器R1，运算放大器U1A的负输入端连接电阻R2的一端、电阻R3的一端、电容C1的一端，电阻R2的另一端接地，电阻R3的另一端连接红外发射管D1的负极、电容C1的另一端、电容C2的一端，电容C2的另一端接地；所述红外接收管D2为NPN三极管，红外接收管D2的集电极连接电阻R4的一端和电容C3的一端，电阻R4的另一端连接电源；红外接收管D2的发射极接地；电容C3的另一端分别连接运算放大器U2A的正输入端、电阻R5的一端；运算放大器U2A的负输入端连接电容C4的一端，和滑动变阻器R6，滑动变阻器R6连接电容C4另一端；运算放大器U2A的输出端连接电阻R5的另一端、电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接运算放大器U3A的正输入端，运算放大器负输入端连接电阻R8的一端、电阻R9的一端、电容C6的一端，电阻R9的另一端连接电容C5的一端，电容C5的另一端接地；电阻R8的另一端分别连接电容C6的另一端、电容C7的一端，电阻R10的一端，电容C7的另一端接地；电阻R10的另一端连接运算放大器U3A的输出端；电阻R10的另一端与低通滤波器连接。

2.根据权利要求1所述的一种便携式心率检测器，其特征在于，所述低通滤波器包括运算放大器U1、运算放大器U2、运算放大器U3，所述运算放大器U1的正输入端连接电阻R4的一端、电阻R3的一端、电阻R5的一端，电阻R4的另一端连接前置放大电路；运算放大器U1的负输入端连接电容C2的一端、电阻R2的一端、运算放大器U2的负输入端，电阻R2的另一端分别与电阻R3的另一端、运算放大器U2的输出端连接；运算放大器U2的正输入端分别连接电阻R1的一端、电容C1的一端；电容C1的另一端接地；电阻R1的另一端和电容C2的另一端、运算放大器U1的输出端连接；电阻R5的另一端分别连接运算放大器U3的正输入端、电容C3的一端；电容C3的另一端接地；运算放大器U3的负输入端连接运算放大器U3的输出端，运算放大器U3的输出端连接积分比较电路。

3.据权利要求2所述的一种便携式心率检测器，其特征在于，所述积分比较电路包括运算放大器U4、运算放大器U5、运算放大器U6、运算放大器U7，所述运算放大器U4的正输入端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接地；运算放大器U4的负输入端分别连接电阻R1的一端、电阻RP1的一端，电阻R1的另一端分别连接运算放大器U4的输出端、电阻R2的一端；运算放大器U5的正输入端连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端接地；运算放大器U5的负输入端分别连接电阻R7的一端、电容C1的一端，电阻R7的另一端连接电阻RP2的一端，电容C1的另一端分别连接运算放大器U5的输出端、电阻R6的一端；运算放大器U6的正输入端连接电阻R11的一端，电阻R11的另一端接地；运算放大器U6的负输入端分别连接电阻R9的一端、电阻R10的一端、电容C2的一端、电容C3的一端，电阻R9的另一端连接电阻RP3的一端，电阻RP3的另一端分别连接运算放大器U6的输出端、电容C3的另一端、电阻R12的一端；电阻RP1的另一端、电阻RP2的另一端、电阻R10的另一端连接低通滤波器；运算放大器U7的负输入端分别连接电阻R2的另一端、电阻R6的另一端、电阻R12的另一端、电阻R3的一端，运算放大器U7的正输入端连接电阻R5的一端；电阻R5的另一端接地；电阻R3的另一端连接运算放大器U7的输出端，运算放大器U7的输出端连接控制模块。

4.根据权利要求3所述的一种便携式心率检测器，其特征在于，还包括记忆电路和键盘模块，所述控制模块分别连接记忆电路和键盘模块。