薛 岳
(黑龙江大学 机电工程学院 黑龙江 哈尔滨 150080)
摘 要： 针对日益增多的三高人群，以PIC16F876微控制器为核心，采用650纳米的“人体光学窗口”激光，实现功率可调的桡动脉体表照射治疗方法;附加基于光电容积脉搏波描记(Photo Plethysmo Graphy PPG)原理的脉搏检测功能，以高灵敏度光电式传感器OPB710F为脉搏检测器，采用二阶巴特沃斯滤波电路，结合两级软件滤波，实现脉搏波的高精度检测。
关键词： 三高;PIC16F876;650nm激光;PPG OPB710F
中图分类号：TN274 文献标识码：A 文章编号：1671-7597(2010)0820051-01
0 引言
心脑血管治疗仪是一种新型激光心脑血管治疗仪，对高血粘度、高血脂 、 高 胆 固 醇 ( “三 高 ”) 症 状 具 有 明 显 的 缓 解 效 果 。 本 文 以PIC16F876A型单片机作为核心芯片，采用特定波长650纳米的“人体光学窗口”激光、实现功率可调、特定桡动脉体表照射，并附加了基于光电容积脉搏波描记(Photo Plethysmo Graphy PPG)原理的脉搏检测功能。
1 系统硬件设计
该系统包括输入、输出两大部分，主要包括激光器控制模块;脉搏检测模块;聚合物电池电量检测模块;LCD液晶显示等模块。
1.1 单片机与激光器控制部分
本系统采用Microchip公司生产的PIC16F876单片机。该单片机是8位的高性能类精简指令集(RISC)单片机，具有实用、低价、指令集小(35条)、低功耗、高速度、体积小、功能强等优点。
系统利用PIC单片机来控制一组共4个650nm半导体激光器发射，这里只是使用了它的发射段。激光器的工作电流是30～35mA，用串联电阻来控制电流。激光器照射输出的功率通过占空比来调节，并可根据工作时间自动关闭。
1.2 脉搏检测部分电路的设计
1.2.1 光电式脉搏传感器的原理。光电容积脉搏波描记法(PPG)是借助光电手段在活体组织中检测血液容积变化的一种无创检测方法，将光强度变化信号转换成电信号，便可获得指端容积脉搏波信号。
1.2.2 光源及接收器的选择。在PPG的应用中，一般选取发光峰值波长为940nm的光作光源，这时获得的动脉血脉搏波形和静脉血回流波形都较为理想[5]。
本文选用波长为935nm的0PB710F自发射接收开关元件作为PPG检测的光源和接收器，该元件将发光二极管和光电三极管集成封装在一起，内置隔离膜可防止发光二极管不经发射直接进入光电三极管，且两者角度在封装中得到了较好的设计，非常适合反射式光电检测。同时由于表面采用特殊的过滤材料，能够有效抑制各种可见光和荧光灯的影响。该传感器的反射距离为6.35mm，实现了非接触式测量，且具有波长较长，体积小，结构简单，受环境光干扰小等优点。
1.3 信号调理电路的实现
从光电管接收的人体脉搏信号比较微弱，频率较低，且噪音较大，系统进行了两级滤波和两级放大，最后通过整形电路实现光电信号的转换，使传感器输出的脉冲信号与数字信号电平匹配，作为数字信号直接送入单片机。
1.4 液晶设计及实现
液晶显示内容的设计应用可以采用AutoCAD2004等软件，在液晶控制部分的设计，考虑要尽可能减小体积，在与生产厂家联系之后，定制了液晶驱动模块，采用串行通信方式实现对液晶的控制
2 软件设计
系统采用程序结构化和功能模块化的设计方式。包括了中断服务子程序和主程序(包含各个功能模块)。中断服务程序主要有三个内容：时间(TMR0)中断、按键中断和A/D转换中断。主程序的模块包含：初始化部分、显示子程序、功率子程序、电量检测子程序、按键功能子程序、脉搏判断子程序等。主程序逻辑流程图如图1所示。
由于脉搏信号本身是人体的微弱信号，采集放大后必然会引入很多干扰信号，虽然在硬件部分已经做了一些硬件的抗干扰，为保证准确率，在软件上又加入了两级软件滤波。两级软件抗干扰滤波包括：1)对信号进行采样得到了00～FF的数字量，通过与设定值(可改变)的比较来决定是否采用此值。这样可以去除小幅值杂波的干扰，是必要的第一级抗扰。2)第二级抗扰，再次作了软件上的防抖动抗扰，与按键类似。这样去除了很多窄的尖峰干扰，对符合脉搏宽度的进行计数，有效防止了误计数。
3 结论
本文设计的激光心脑血管治疗仪，以PIC16F876微控制器为核心，采用650纳米的“人体光学窗口”激光，实现功率可调的桡动脉体表照射治疗方法。这种治疗仪主要用于老年高粘血症状、高脂血症、心脑血管、糖尿病的辅助治疗，用无害、绿色的物理疗法替代药物疗法，减少副作用;以高灵敏度光电式传感器OPB710F为脉搏检测器，可以有效实现对微弱信号的采集;为滤除50HZ工频干扰和手动干扰，同时采用硬件滤波和软件两级滤波，大大提高了脉搏波的检测精度和抗干扰能力。
参考文献：
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