一種心率監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種心率監(jiān)測系統(tǒng)。它包括MSP430單片機、數(shù)據(jù)采集模塊、上位機、無線通信模塊和電源模塊；所述數(shù)據(jù)采集模塊包括紅外傳感器、濾波電路和放大電路。所述紅外傳感器檢測的心率信號經(jīng)濾波電路進行濾波處理，經(jīng)放大電路對濾波后的信號進行放大后輸送至MSP430單片機，所述MSP430單片機對放大信號進行處理后通過無線通信模塊將監(jiān)測結(jié)果發(fā)送到上位機，所述電源模塊為MSP430單片機提供工作電壓。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、體積小、功耗低、使用便攜，具有很強的實用性。
【專利說明】
一種心率監(jiān)測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種基于MSP430單片機的紅外便攜式心率監(jiān)測系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]心率是心血管疾病診斷的重要生理指標。心血管疾病是目前死亡率最高的疾病之一，而這類疾病發(fā)作的主要前兆是心率出現(xiàn)異常。對于心血管疾病患者和高發(fā)人群來說，若能進行實時心率監(jiān)測，在發(fā)病之初進行及時搶救，患者的生存率將會大幅提升。在心臟跳動的過程中，人體組織的半透明度會出現(xiàn)明顯變化，這種現(xiàn)象在手指尖等部位尤為明顯。根據(jù)該原理，通過紅外光照射手指尖可以獲取人體心率數(shù)據(jù)。
[0003]目前，傳統(tǒng)的心率監(jiān)測系統(tǒng)在可實現(xiàn)24小時全天候監(jiān)測，并具有異常心率監(jiān)測和報警功能方面不夠完善，并存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、集成度低、體積大不便攜帶與使用等問題。
實用新型內(nèi)容
[0004]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、體積小、功耗低及使用便攜的心率監(jiān)測系統(tǒng)。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種心率監(jiān)測系統(tǒng)，它包括MSP430單片機、數(shù)據(jù)采集模塊、上位機、無線通信模塊和電源模塊；所述數(shù)據(jù)采集模塊包括紅外傳感器、濾波電路和放大電路；
[0007]所述紅外傳感器檢測的心率信號經(jīng)濾波電路進行濾波處理，經(jīng)放大電路對濾波后的信號進行放大后輸送至MSP430單片機，所述MSP430單片機對放大信號進行處理后通過無線通信模塊將監(jiān)測結(jié)果發(fā)送到上位機，所述電源模塊為MSP430單片機提供工作電壓。
[0008]優(yōu)選地，所述紅外傳感器為TCRT5000紅外傳感器；
[0009]所述TCRT5000紅外傳感器的第一引腳和第二引腳之間連接有串聯(lián)的第六電阻和第七電阻，所述TCRT5000紅外傳感器的第四引腳通過第九電容連接濾波電路的輸入端。
[0010]優(yōu)選地，所述放大電路包括一 LM358芯片、第二二極管、第三發(fā)光二極管、第八電容、第二電阻、第三電阻、第四電阻和第五電阻；
[0011]所述第二二極管和第三發(fā)光二極管串聯(lián)后連接于LM358芯片的第一引腳和第四引腳之間，所述第四電阻連接于LM358芯片的第二引腳和第八引腳之間，所述第三電阻連接于LM358芯片的第一引腳和第三引腳之間，所述第二電阻、第八電容和第五電阻依次串聯(lián)后連接于LM358芯片的第三引腳和第二引腳之間。
[0012]優(yōu)選地，所述無線通信模塊包括一 nRF2401芯片、天線、第三晶振、第一電感、第二電感、第三電感、第五電阻、第十九電容、第二十電容、第二 i^一電容、第二十二電容和第二十四電容；
[0013]所述nRF2401芯片的CE引腳、CSN引腳、CLKl引腳、DRl引腳、DATAl引腳和IRQ引腳分別連接于MSP430單片機的P5.1引腳、P5.3引腳、P3.3引腳、P3.1引腳、P3.2引腳、P3.0引腳，所述nRF2401芯片的ANT2引腳通過依次串聯(lián)的第二電感和第二十四電容與天線連接，所述第三電感連接于nRF2401芯片的ANT2引腳和ANTl引腳之間，所述第一電感連接于nRF2401芯片的ANTl引腳和VDD_PA引腳之間，所述nRF2401芯片的VDD_PA引腳分別通過第二i^一電容和第二十二電容接地，所述第三晶振連接于nRF2401芯片的XC2引腳和XCl引腳之間，所述第五電阻與第三晶振并聯(lián)，所述nRF2401芯片的XC2引腳和XCl引腳分別通過第十九電容和第二十電容接地。
[0014]由于采用了上述方案，本實用新型采用低功耗的MSP430單片機，利用TCRT5000紅外傳感器監(jiān)測，并融合了無線傳輸技術(shù)的nRF2401無線模塊，可實現(xiàn)24小時全天候監(jiān)測，并有異常心率監(jiān)測和報警功能，具有集成度高，低功耗及方便攜帶等特點，具有很強的實用性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型實施例的系統(tǒng)總體框圖；
[0016]圖2是本實用新型實施例的紅外傳感器的電路連接結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖3是本實用新型實施例的放大電路的電路連接結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖4是本實用新型實施例的MSP430單片機的電路連接結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖5是本實用新型實施例的無線通信模塊的電路連接結(jié)構(gòu)圖；

【具體實施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖對本實用新型的實施例進行詳細說明，但是本實用新型可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
[0021]如圖1所示，本實用新型實施例提供的一種心率監(jiān)測系統(tǒng)，它包括MSP430單片機1、數(shù)據(jù)采集模塊2、上位機7、無線通信模塊3和電源模塊8 ;數(shù)據(jù)采集模塊2包括紅外傳感器6、濾波電路5和放大電路4 ；
[0022]所述紅外傳感器6檢測的心率信號經(jīng)濾波電路5進行濾波處理，經(jīng)放大電路4對濾波后的信號進行放大后輸送至MSP430單片機1，所述MSP430單片機I對放大信號進行處理后通過無線通信模塊3將監(jiān)測結(jié)果發(fā)送到上位機7所述電源模塊8為MSP430單片機I提供工作電壓。
[0023]本實用新型實施例采用高可靠性的紅外傳感器6通過測量手指脈搏信號，并根據(jù)特定波長紅外線對血管末端血液微循環(huán)引起的血液容積變化的敏感特性，檢測心臟搏動所引起的指尖血液變化，脈搏信號經(jīng)過具有濾波與放大功能的濾波電路5和放大電路4對信號進行預(yù)處理后，輸送入MSP430單片機I的比較器專用I/O 口 CAO或CAl進行心率計數(shù)。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的閾值與檢測的心率數(shù)比較，當心率超出人體正常值時，MSP430單片機I會通過SPI接口通過無線通信模塊3發(fā)出信息至上位機7。
[0024]如圖2所示，本實施例的紅外傳感器6為TCRT5000紅外傳感器Vl ;其中TCRT5000紅外傳感器Vl的第一引腳和第二引腳之間連接有串聯(lián)的第六電阻R6和第七電阻R7，TCRT5000紅外傳感器Vl的第四引腳通過第九電容C9連接濾波電路的輸入端，TCRT5000紅外傳感器Vl的第二引腳和第三引腳接地，在第六電阻R6和第七電阻R7之間連接5V電源；由圖2的組成的電路為紅外傳感器檢測電路。
[0025]如圖3所示，本實施例的放大電路4包括一 LM358芯片U1、第二二極管V2、第三發(fā)光二極管V3、第八電容CS、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4和第五電阻R5。
[0026]其中，第二二極管V2和第三發(fā)光二極管V3串聯(lián)后連接于LM358芯片Ul的第一引腳和第四引腳之間，第四電阻R4連接于LM358芯片Ul的第二引腳和第八引腳之間，第三電阻R3連接于LM358芯片Ul的第一引腳和第三引腳之間，第二電阻R2、第八電容CS和第五電阻R5依次串聯(lián)后連接于LM358芯片Ul的第三引腳和第二引腳之間，LM358芯片Ul的第四引腳接地、第八引腳接VCC電源，LM358芯片Ul的第二引腳通過第五電阻R5接地，紅外傳感器6傳送過來的信號依次通過第一電阻Rl和第二電阻R2連接LM358芯片Ul的第三引腳。
[0027]由于紅外傳感器6輸出阻抗相對較小，所以放大電路4采用輸入阻抗較小的反相放大器。反相放大電路的優(yōu)點是:若信號源阻抗偏低，采用反相放大電路可以實現(xiàn)較高的信噪比。因此，運放采用體積小、成本低且具有頻率補償?shù)腖M358芯片。
[0028]如圖4所示，本實施例的MSP430單片機I的連接電路還包括第一晶振Yl、第二晶振Y2、第一按鍵SW1、第八電阻R8、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5和第六電容C6、第七電容C7。
[0029]其中，MSP430單片機I的P2.3引腳連接放大電路4的第一引腳，MSP430單片機I的AVCC弓丨腳通過第三電容C3接地并連接VCC電源，MSP430單片機I的DVCC弓丨腳通過第六電容C6接地并連接VCC電源，MSP430單片機I的RST引腳分別通過第七電容C7接地和第八電阻R8接VCC電源，第一按鍵SWl與第七電容C7并聯(lián)，第一晶振連接于MSP430單片機I的XT2IN引腳和XT20UT引腳之間，第一電容Cl和第二電容C2與第一晶振I串聯(lián)，第一電容Cl與第二電容C2之間接地，第二晶振Y2連接于MSP430單片機I的XIN引腳和XOUT引腳之間，第四電容C4和第五電容C5與第二晶振串聯(lián)Y2，第四電容C4與第五電容C5之間接地，MSP430單片機I的DVSS引腳和AVSS引腳接地。
[0030]本實施例的數(shù)據(jù)采集模塊2的工作電壓為3.3v,與MSP430單片機I供電電壓相同，所以數(shù)據(jù)采集模塊2可以通過MSP430單片機I的CAO引腳與MSP430單片機I直接進行通信，無需分壓。MSP430單片機I的CAO引腳和CAl引腳是MSP430單片機I的比較器端口，其CAO引腳接收心率信號、CAl引腳接收參考電壓。MSP430單片機I除CAl引腳以外，參考電壓還可以通過比較器專用寄存器進行設(shè)定，當心率信號送入MSP430單片機I后，MSP430單片機I將心率信號與參考電壓進行比較，如果超過參考電壓，那么MSP430單片機I內(nèi)部的計數(shù)器就會加I,從而通過獲取心率計數(shù)。
[0031]如圖5所示，本實施例的無線通信模塊3包括一 nRF2401芯片U3、天線、第三晶振Y3、第一電感L1、第二電感L2、第三電感L3、第四電阻R4、第五電阻R5、第十五電容C15、第十六電容C16、第十七電容C17、第十八電容C18、第十九電容C19、第二十電容C20、第二 i^一電容C21、第二十二電容C22、第二十三電容C23和第二十四電容C24。
[0032]其中，nRF2401芯片U3的CE引腳、CSN引腳、CLKl引腳、DRl引腳、DATAl引腳和IRQ引腳分別連接于MSP430單片機I的P5.1引腳、P5.3引腳、P3.3引腳、P3.1引腳、P3.2引腳、P3.0引腳，nRF2401芯片U3的ANT2引腳通過依次串聯(lián)的第二電感L2和第二十四電容C24與天線連接，第二十四電容C24通過第二十三電容C23接地，第三電感L3連接于nRF2401芯片U3的ANT2引腳和ANTl引腳之間，第一電感LI連接于nRF2401芯片U3的ANTl引腳和VDD_PA引腳之間，nRF2401芯片U3的VDD_PA引腳分別通過第二i^一電容C21和第二十二電容C22接地，第三晶振Y3連接于nRF2401芯片U3的XC2引腳和XCl引腳之間，第五電阻R5與第三晶振Y3并聯(lián)，nRF2401芯片U3的XC2引腳和XCl引腳分別通過第十九電容C19和第二十電容C20接地；
[0033]第四電阻R4連接于nRF2401芯片U3的第一 VSS引腳和IREF引腳之間，nRF2401芯片U3的DVDD引腳和第二 VSS引腳短接后通過第十五電容C15接地，nRF2401芯片U3的第三VSS和第四VSS引腳接地，nRF2401芯片U3的三個VDD引腳連接VCC電源并分別通過第十六電容C16、第十七電容C17和第十八電容C18接地。
[0034]本實施例的無線通信模塊3由nRF2401芯片U3，晶振電路和天線構(gòu)成。因為MSP430單片機I和nRF2401芯片U3的端口電壓相匹配，所以MSP430單片機I和nRF2401芯片U3之間可以采用I/O 口直接連接。
[0035]以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種心率監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:它包括MSP430單片機、數(shù)據(jù)采集模塊、上位機、無線通信模塊和電源模塊；所述數(shù)據(jù)采集模塊包括紅外傳感器、濾波電路和放大電路； 所述紅外傳感器檢測的心率信號經(jīng)濾波電路進行濾波處理，經(jīng)放大電路對濾波后的信號進行放大后輸送至MSP430單片機，所述MSP430單片機對放大信號進行處理后通過無線通信模塊將監(jiān)測結(jié)果發(fā)送到上位機，所述電源模塊為MSP430單片機提供工作電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的一種心率監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述紅外傳感器為TCRT5000紅外傳感器； 所述TCRT5000紅外傳感器的第一引腳和第二引腳之間連接有串聯(lián)的第六電阻和第七電阻，所述TCRT5000紅外傳感器的第四引腳通過第九電容連接濾波電路的輸入端。
3.如權(quán)利要求2所述的一種心率監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述放大電路包括一LM358芯片、第二二極管、第三發(fā)光二極管、第八電容、第二電阻、第三電阻、第四電阻和第五電阻； 所述第二二極管和第三發(fā)光二極管串聯(lián)后連接于LM358芯片的第一引腳和第四引腳之間，所述第四電阻連接于LM358芯片的第二引腳和第八引腳之間，所述第三電阻連接于LM358芯片的第一引腳和第三引腳之間，所述第二電阻、第八電容和第五電阻依次串聯(lián)后連接于LM358芯片的第三引腳和第二引腳之間。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的一種心率監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述無線通信模塊包括一 nRF2401芯片、天線、第三晶振、第一電感、第二電感、第三電感、第五電阻、第十九電容、第二十電容、第二i^一電容、第二十二電容和第二十四電容； 所述nRF2401芯片的CE引腳、CSN引腳、CLKl引腳、DRl引腳、DATAl引腳和IRQ引腳分別連接于MSP430單片機的P5.1引腳、P5.3引腳、P3.3引腳、P3.1引腳、P3.2引腳、P3.0引腳，所述nRF2401芯片的ANT2引腳通過依次串聯(lián)的第二電感和第二十四電容與天線連接，所述第三電感連接于nRF2401芯片的ANT2弓丨腳和ANTl引腳之間，所述第一電感連接于nRF2401芯片的ANTl引腳和VDD_PA引腳之間，所述nRF2401芯片的VDD_PA引腳分別通過第二i^一電容和第二十二電容接地，所述第三晶振連接于nRF2401芯片的XC2引腳和XCl引腳之間，所述第五電阻與第三晶振并聯(lián)，所述HRF2401芯片的XC2引腳和XCl引腳分別通過第十九電容和第二十電容接地。
【文檔編號】G08C17/02GK204169841SQ201420538410
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】張佳進, 陳立暢, 林娜娜, 李昆林 申請人:云南農(nóng)業(yè)大學(xué)