Ｔ Ｈ Ｅ Ｓ ＩＳ ＆ Ｒ Ｅ Ｓ Ｅ Ａ Ｒ Ｃ Ｈ Ｒ Ｅ Ｐ Ｏ Ｒ Ｔ

　　徐新萍 １， ２ 赵 鹏 ２ 漆家学 １ 邱力军 １ 李 斌 １ 焦 腾 １ 陈建康 １ 罗 佳 １ （ １．第四军医大学生物医学工程系 西安市 ７１００３２； ２．军事医学科学院 北京市 １００８５０）

　　Ｄ ｅｓｉｇ ｎ ｏ ｆ ｈ ｅａｒｔ－ｒａｔｅ ｍ ｏ ｎ ｉｔｏ ｒｉｎ ｇ ｓｙｓｔｅｍ

　　ＸＵ Ｘｉｎ－ ｐｉｎｇ１，２， ＺＨＡＯ Ｐ ｅ ｎｇ２， ＱＩ Ｊ ｉａ － ｘｕｅ １， ＱＩＵ Ｌｉ－ ｊｕｎ１， ＬＩ Ｂｉｎ１， Ｊ ＩＡＯ Ｔｅ ｎｇ１， ＣＨＥＮ Ｊ ｉａ ｎ－ ｋａ ｎｇ１， ＬＵＯ Ｊ ｉａ １ （ １．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ｔｈｅ Ｆｏｕｒｔｈ Ｍｉｌｉｔａｒｙ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓ ｉｔｙ， Ｘｉ＇ ａｎ ７１００３２， Ｃｈｉｎａ ； ２．

　　用单片机 ＡＴｍｅｇａ６４ 及其外围电路设计， 并通过 ＷｉｎＡＶＲ 的 Ｃ

　　ued体育官网示和报警、储存， 基本实现其功能。但目前系Leabharlann Baidu只进行了初步

　　摘要 阐述了单兵便携式心率监测系统的总体设计方案， 介绍了系统的硬件和软件设计。系统基于 ＡＶＲ 系列单片机 ＡＴｍｅｇａ６４（Ｌ）， 用于心率监测系统的 ＭＣＵ， 实时性好， 体积小， 功耗低， 携带方便， 适用于单兵训练强度的心率监测。 关键词 心率； ＡＴｍｅｇａ６４（Ｌ）； Ａ／Ｄ 转换； 异步串行通信 中图分类号： ＴＨ７７２＋．２ 文献标识码： Ａ 文章编号： １００３－ ８８６８（ ２００６） １２－ ０００５－ ０２

　　系统硬件设计的电路图设计在 Ｐｒｏｔｅｌ ＤＸＰ 的开发软件中 完成， 包括： 原理图和 ＰＣＢ 图的设计。元器件的选择和封装设 计都采用标准规定， 但为满足小型化， 其中某些元件考虑到其 贴片式或其它因素， 采用了实物测量的方法自己加载元件库。 系 统 硬 件 由 心 率 采 集 模 块 、电 源 模 块 、Ａｔｍｅｇａ６４、键 盘 控 制 模 块 、液 晶 显 示 和 语 音 报 警 系 统 构 成 。 ３．１ 系统框图（ 见图 １）

　　１ 刘光辉． 心率监测在体育运动实践中的应用． 河北体育学院学报 ２００４， １８（ １） ： １８￣２０

　　２ 吴双力， 崔剑， 王伯领．ＡＶＲ－ ＧＣＣ 与 ＡＶＲ 单片机 Ｃ 语言开发．北 京： 北京航空航天大学出版社， ２００４．２５￣４０ （ ２００６－ ０８－ １８ 收稿 ２００６－ １１－ １５ 修回）

　　Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｍｉｌｉｔａｒｙ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓ ｃｉｅｎｃｅｓ ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １００８５０， Ｃｈｉｎａ ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ｅｘｐｏｕｎｄｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｐｏｒｔａｂｌｅ ｗａｒ － ｆｉｇｈｔｅｒ ｈｅａｒｔ － ｒａｔｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｉｔｓ ｈａｒｄｗａｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ． Ｔｈｅ ＭＣＵ ｏｆ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＴｍｅｇａ６４ （Ｌ） ｉｎ ＡＶＲ ｆａｍｉｌｉｅｓ． Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｈｅａｒｔ－ ｒａｔｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｗａｒ－ ｆｉｇｈｔｅｒ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｉｎｔｅｎｓｉｏｎ． Ｉｔ ｉｓ ｓｍａｌｌ ａｎｄ ｐｏｒｔａｂｌｅ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ ｈｅａｒｔ ｒａｔｅ； ＡＴｍｅｇａ６４（Ｌ）； Ａ／Ｄ ｃｏｎｖｅｒｔ ｍｏｄｕｌｅ； ＵＡＲＴ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）

　　６ 医疗卫生装备·２００６ 年第 ２７ 卷第 １２ 期 Ｃｈｉｎｅ ｓ ｅ Ｍｅ ｄｉｃａ ｌ Ｅｑｕｉｐｍｅ ｎｔ Ｊ ｏｕｒｎａ·ｌ ２００６ Ｖｏｌ．２７ Ｎｏ．１２

　　液 晶 显 示 芯 片 ＭＳＣ－ Ｇ１２２３２ＢＮＴ６０２ 及 其 接 口 电 路 组 成

　　作者简介： 徐新萍， 硕士研究生， 主治医师， 主要从事医学图像分析实验 研究工作； 邱力军， 硕士生导师， 副教授， 通讯作者， 主要从事医学信号检测和 图 像 处 理 方 面 的 研 究 。 本 课 题 由 军 队 “十 五 ued体育官网”面 上 课 题 资 助 。

　　１ 引言 运 动 心 率 对 运 动 强 度 的 监 测 是 国 内 外 运 动 医 学 、运 动 生 理

　　学、运动训练学以及运动心理学界十分感兴趣的问题。目前， 常 应用心率血乳酸法和目标 ＨＲ 四分区法安排运动强度［１］。我们采 用运动心率来表示运动强度的大小， 根据运动心率准确划分运 动强度等级， 通过单片机对监测心率按照划分等级进行智能判 断， 实时监测训练强度， 并显示报警。 ２ 系统总体设计

　　４ 系统软件设计 ＷＩＮＡＶＲ 是 为 ＡＶＲ 系 列 单 片 机 提 供 的 Ｗｉｎｄｏｗｓ 平 台 下

　　的开发程序集， 它使用 Ｃ 语言编程， 简化了软件结构， 提高了 编程效率［２］。系统软件设计主要包括： Ａ／Ｄ 转换模块、键盘输入 模 块 、阈 值 比 较 判 断 模 块 和 显 示 及 报 警 系 统 。 ４．１ 程序流程图（ 见图 ４） ４．２ 模块功能

　　３．２ 心率采集电路 心电信号经由前置放大电路、中级放大电路、高通滤波 电

　　路、低通滤波电路、５０Ｈｚ 陷 波 电 路 和 右 腿 驱 动 电 路 输 出 ， 输 入 单片机进行简单的低通滤波后， 通 过 其 ８ 路 １０ 位 ＡＤＣ 转 换 为数字信号（ 见图 ２） 。

　　３．３ 单片机及其外围电路 ＡＴｍｅｇａ 系 列 单 片 机 可 与 １６ 或 ３２ 位 结 构 的 微 处 理 器 相

　　５ 医疗卫生装备·２００６ 年第 ２７ 卷第 １２ 期 Ｃｈｉｎｅ ｓ ｅ Ｍｅ ｄｉｃａ ｌ Ｅｑｕｉｐｍｅ ｎｔ Ｊ ｏｕｒｎａ·ｌ ２００６ Ｖｏｌ．２７ Ｎｏ．１２

　　（１） Ａ／Ｄ 转换模块 心律采集电路采用差分电路和滤波电路后， 输出一个模 拟 信 号 ， 单 片 机 ＡＴｍｅｇａ６４ 通 过 自 带 的 ＡＤＣ 转 换 器 ， 把 模 拟 信号转换为可处理的数字信号。此时的心率信号以离散信 号的形式， 通过计算单位时间 Ｒ 波之间的时间来换算心率

　　心率监测系统由心率采集单元和微控制单元组成， 其中 ＭＣＵ 是以 ＡＶＲ 系列单片机 ＡＴｍｅｇａ６４ 为核心， 配以一定的外围 电路和软件， 实现单兵训练强度的监测、启动报警和显示功能。

　　系统硬件设计包括： 心率采集电路、ＭＣＵ 的电路原理图以 及印刷电路板设计。主要以单片机 ＡＴｍｅｇａ６４ 和其它所需外围 电 路 组 成 的 设 计 ， 如 ： 硬 件 框 图 设 计 、接 口 电 路 、ＰＣＢ 的 设 计 。 系 统 软 件 设 计 是 指 基 于 ＡＴｍｅｇａ６４ 通 过 软 件 编 程 实 现 心 率 监 测系统的智能判断功能。同时， 软件模块在硬件电路检测完毕 后再进行调试， 以便协同硬件实现各模块功能。 ３ 系统硬件设计

　　Ｔ Ｈ Ｅ Ｓ ＩＳ ＆ Ｒ Ｅ Ｓ Ｅ Ａ Ｒ Ｃ Ｈ Ｒ Ｅ Ｐ Ｏ Ｒ Ｔ

　　ＡＴｍｅｇａ６４ 的特性： （１）高性能、低功耗的 ８ 位 ＡＶＲ!微处理器； （２）先进的 ＲＩＳＣ 结构； （３）非易失性程序和数据存储器： ６４ｋＢ 的系统内可编程 Ｆｌａｓｈ 擦写寿命 １０ ０００ 次； 具有独立锁定位的可选 Ｂｏｏｔ 代码区， 通过 片上 Ｂｏｏｔ 程序实现系统内编程同时读写操作； ２ｋＢ 的 ＥＥＰＲＯＭ 擦 写 寿 命 １００ ０００ 次 ； ４ｋＢ 片 内 ＳＲＡＭ， ６４ｋＢ 可 选 外 部 存 储 空 间； 可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密； 通过 ＳＰＩ 接 口进行系统内编程。 （４）外设特点： ８ 路 １０ 位 ＡＤＣ， 面向字节的两线接口； 可编 程 的 串 行 ＵＳＡＲＴ； 可 工 作 于 主 机／ 从 机 模 式 的 ＳＰＩ 串 行 接 口 ； 具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器； 片内模拟比较 器。 （５）特 殊 的 处 理 器 特 点 ： 上 电 复 位 以 及 可 编 程 的 掉 电 检 测 ； 片 内 经 过 标 定 的 ＲＣ 振 荡 器 ； 片 内／ 片 外 中 断 源 ； ６ 种 睡 眠 模 式： 空 闲 模 式 、ＡＤＣ 噪 声 抑 制 模 式 、 省 电 模 式 、 掉 电 模 式 、Ｓｔａｎｄｂｙ 模 式 以 及 扩 展 的 Ｓｔａｎｄｂｙ 模 式 ； 软 件 选 择 时 钟 频 率。 （６）工 作 电 压 及 速 度 等 级 ： ＡＴｍｅｇａ６４Ｌ： ２．７～５．５Ｖ， ０～８ＭＨｚ； ＡＴｍｅｇａ６４： ４．５～５．５Ｖ， ０～１６ＭＨｚ。 系统单片机及其外围电路框图， 见图 ３。