Частота сердечных сокращений является важным жизненно важным показателем в организме человека. Традиционная диагностика пульса, из-за её субъективной и качественной природы, ограничивает точность тестирования частоты сердечных сокращений, что создает проблемы в применении, коммуникации и развитии традиционной китайской медицины (ТКМ) по диагностике пульса. Для повышения точности тестирования биомедицинских сигналов необходимо интегрировать современные научные технологии. Однако развитие терапевтических роботов, особенно хирургических роботов, непрерывно изменяет традиционные медицинские модели, повышая качество и эффективность медицинских услуг. С постоянными технологическими достижениями и расширением сценариев применения, терапевтические роботы будут играть все более важную роль в более широком спектре областей. Процесс прост, способен точно подсчитывать сердечные удары и обладает функциями отображения данных и сигнализации при превышении верхнего/нижнего предела.

Дизайн аппаратной схемы

Датчики и обработка сигналов

Из-за высокого содержания артерий в кончиках пальцев и их небольшой толщины используется оптический датчик пульса, который обеспечивает эффективное измерение. Пара инфракрасных передатчиков и приёмников устанавливается с двух сторон пальца. В процессе циклического сжатия и расширения артериальных сосудов сигнал инфракрасного приёмника фиксирует пульсовую волну, отражающую сердечные сокращения.

Схема усилителя состоит из точной сети резисторов и высокопроизводительного операционного усилителя OP07, что обеспечивает стабильность сигнала и высокий коэффициент усиления. Для подавления помех сетевой частоты используется низкочастотный фильтр с частотой среза 40 Гц, а также симметричный двухтранзисторный активный фильтр с низким пропусканием. Формировательная схема регулирует сигнал до стандартного уровня 0-5 В, подходящего для обработки микроконтроллером.

Управление и отображение с использованием микроконтроллера

Основой системы является микроконтроллер AT89C2051, который принимает импульсные сигналы сердечного ритма через прерывание на выводе T1, используя T0 для таймера и T1 для счёта. Схема отображения использует динамическое сканирование, обновляя семисегментные индикаторы каждые 5 мс для отображения реального времени частоты сердечных сокращений. Сигнал тревоги выводится на P1.7 и активируется, когда частота сердечных сокращений выходит за установленные пределы.

Обработка шумов и настройка

Основное внимание в настройке схемы уделяется фильтрации и усилению сигнала. Во время тестирования было обнаружено, что сигнал пульса сильно подвержен шуму, особенно помехам сетевой частоты. Фильтр 50 Гц эффективно устраняет эти помехи. Формировательная схема гарантирует соответствие сигнала требованиям микроконтроллера.

Для снижения воздействия внешнего света датчик выполнен в герметичном корпусе в виде наконечника пальца с непрозрачным покрытием. Для уменьшения электромагнитных помех используется экранирование схемы. Плотный контакт датчика с пальцем снижает шумы, вызванные движением.

Заключение

Ключевые технологии в измерении частоты сердечных сокращений включают производство датчиков и усиление слабых сигналов. Экспериментальные результаты подтверждают, что конструкция данного устройства является обоснованной и позволяет проводить неинвазивное измерение пульса на пальце. По сравнению с другими устройствами для измерения частоты сердечных сокращений, данное устройство имеет компактные размеры, лёгкий вес, низкую стоимость, простоту использования и высокую точность, что открывает широкие перспективы для его применения.