}L% 率 監(jiān) 測
徐新萍’,2趙鵬2漆家學(xué)’ 邱力軍
(I. 第四軍醫(yī)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系西安市
系統(tǒng)設(shè)計
李 斌‘焦騰’陳建康
710032;2.軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京市
羅 佳
100850)
摘要闡述了單兵便攜式心率監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，介紹了系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計。系統(tǒng)基于AVR系列單片機
ATmega64(L)，用于心率監(jiān)測系統(tǒng)的MCU，實時性好，體積小，功耗低，攜帶方便，適用于單兵訓(xùn)練強度的心率監(jiān)測。
關(guān)鍵詞心率;ATmega64(L);A / I〕轉(zhuǎn)換;異步$1行通信
中圖分類號二TH772'.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1003-8868(2006)12-0005-02
De sig n o f h ea rt- ra te m on it or ing s ys te m
XU X in- ping'',,Z HAO Peng2,Q IJi a-xue',Q IUL i一un',L IB in',J IAOT eng',C HENJ ian-kang',L UOJ ia'
(1. De pa rtmento fB iomedicalE ngineeirng,th eF ourthM ilitary MedicalU niversity,V an7 10032,C hina;2.
Ac ade m yo fM ili tary M e dic al S c ien ce s,B e ijin g1 00 85 0, C hina)
Abstract This paper generally expounds the design of portable war-fighter heart-rate monitoring system including its
hardwares tructurea nds oftwared esign.T heM CUo fth issy stemi sb asedo nA Tmega64( L)in A VRf amilies.T hes ystemc an
be applied to the heart-rate monitoring of war-fighter training intension. It is smal and portable with low power consumption.
Keywords heartra te;A Tmega64(L);A /Dc onvertm odule;U ART(UniversalA synchronousR eceiver)
妙
圖， 系統(tǒng)框圖
3.2 心率采集電路
心 電信 號 經(jīng)由前置放大電路、中級放大電路、高通濾波電
路、低通濾波電路、50Hz陷波電路和右腿驅(qū)動電路輸出，輸人
單片機進(jìn)行簡單的低通濾波后，通過其8路10位ADC轉(zhuǎn)換
為數(shù)字信號(見圖2)0
圖2 心電采集原理框圖
單片機及其外圍電路
ATmega系列單片機可與16或32位結(jié)構(gòu)的微處理器相
主要取決于它高效的運算以及精簡的指令集。
3 敵
3. 兀.
1 引言
運動 心 率 對運動強度的監(jiān)測是國內(nèi)外運動醫(yī)學(xué)、運動生理
學(xué)、運動訓(xùn)練學(xué)以及運動心理學(xué)界十分感興趣的問題。目前，常
應(yīng)用心率血乳酸法和目標(biāo)HR四分區(qū)法安排運動強度Vi。我們采
用運動心率來表示運動強度的大小，根據(jù)運動心率準(zhǔn)確劃分運
動強度等級，通過單片機對監(jiān)測心率按照劃分等級進(jìn)行智能判
斷，實時監(jiān)測訓(xùn)練強度，并顯示報警。
2 系統(tǒng)總體設(shè)計
心率 監(jiān) 測 系統(tǒng)由心率采集單元和微控制單元組成，其中
MCU是以AVR系列單片機ATmega64為核心，配以一定的外圍
電路和軟件，實現(xiàn)單兵訓(xùn)練強度的監(jiān)測、啟動報警和顯示功能。
系統(tǒng) 硬 件 設(shè)計包括:心率采集電路、MCU的電路原理圖以
及印刷電路板設(shè)計。主要以單片機ATmega64和其它所需外圍
電路組成的設(shè)計，如:硬件框圖設(shè)計、接口電路、PCB的設(shè)計。
系統(tǒng)軟件設(shè)計是指基于ATmega64通過軟件編程實現(xiàn)心率監(jiān)
測系統(tǒng)的智能判斷功能。同時，軟件模塊在硬件電路檢測完畢
后再進(jìn)行調(diào)試，以便協(xié)同硬件實現(xiàn)各模塊功能。
3 系統(tǒng)硬件設(shè)計
系統(tǒng) 硬 件 設(shè)計的電路圖設(shè)計在ProtelD XP的開發(fā)軟件中
完成，包括:原理圖和PCB圖的設(shè)計。元器件的選擇和封裝設(shè)
計都采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，但為滿足小型化，其中某些元件考慮到其
貼片式或其它因素，采用了實物測量的方法自己加載元件庫。
系統(tǒng)硬件由心率采集模塊、電源模塊、Atmega64,鍵盤控制模
塊、液晶顯示和語音報警系統(tǒng)構(gòu)成。
3.1 系統(tǒng)框圖(見圖1)
作者 簡 介 :徐新萍，碩士研究生，主治醫(yī)師，主要從事醫(yī)學(xué)圖像分析實驗
研究工作;邱力軍，碩士生導(dǎo)師，副教授，通訊作者，主要從事醫(yī)學(xué)信號檢測和
圖像處理方面的研究。本課題由軍隊“十五”面上課題資助。
醫(yī)療衛(wèi)生裝備·2006年第27卷第12期
Ch ineseM edicalE quipmentJo urnal-2006V ol.27N o.12 5
一研究論著
AT me ga6 4的特性:
(1)高 性 能 、低功耗的8位AVR.微處理器;
(2)先 進(jìn) 的 RISC結(jié)構(gòu);
(3)非 易 失 性程序和數(shù)據(jù)存儲器:64kB的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash
擦寫壽命10000次;具有獨立鎖定位的可選Boot代碼區(qū)，通過
片上Boot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程同時讀寫操作;2kB的EEPROM
擦寫壽命100 000次;4kB片內(nèi)SRAM,64kB可選外部存儲空
間;可以對鎖定位進(jìn)行編程以實現(xiàn)用戶程序的加密;通過SPI接
口進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)編程。
()’外 設(shè) 特 點:8路10位ADC，面向字節(jié)的兩線接口;可編
程的串行USART;可工作于主機/從機模式的SPI串行接口;
具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器;片內(nèi)模擬比較
器。
(5) 特殊 的 處理器特點:上電復(fù)位以及可編程的掉電檢
測;片內(nèi)經(jīng)過標(biāo)定的RC振蕩器;片內(nèi)/片外中斷源;6種睡
眠模式:空閑模式、ADC噪聲抑制模式、省電模式、掉電模
式、Standby模式以及擴展的Standby模式;軟件選擇時鐘頻
率。
(6)1 作 電 壓及速度等級:ATmega64Lc2 .7 -5.5V,0- 8MHz;
ATmega64;4 . 5-5.5V, 0- 16MHzo
系統(tǒng) 單 片 機及其外圍電路框圖，見圖30
的值。
(2) 鍵 盤 輸
入模塊
在 預(yù) 先 測
量之前可手動
輸入被測者年
齡參數(shù)，以備闌
值比較判斷使
用，主要是心率
值。
(3) 闌 值 比
較判斷模塊
經(jīng) 闌 值 判
斷后 |
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