}L% 率 监 测
徐新萍’,2赵鹏2漆家学’ 邱力军
(I. 第四军医大学生物医学工程系西安市
系统设计
李 斌‘焦腾’陈建康
710032;2.军事医学科学院北京市
罗 佳
100850)
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 / I〕转换;异步$1行通信
中图分类号二TH772'.2 文献标识码:A 文章编号: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
图， 系统框图
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，输人
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)0
图2 心电采集原理框图
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
主要取决于它高效的运算以及精简的指令集。
3 敌
3. 兀.
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Vi。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
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
系统 硬 件 设计的电路图设计在ProtelD XP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)
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”面上课题资助。
医疗卫生装备·2006年第27卷第12期
Ch ineseM edicalE quipmentJo urnal-2006V ol.27N o.12 5
一研究论著
AT me ga6 4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10000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。
()’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)1 作 电 压及速度等级:ATmega64Lc2 .7 -5.5V,0- 8MHz;
ATmega64;4 . 5-5.5V, 0- 16MHzo
系统 单 片 机及其外围电路框图，见图30
的值。
(2) 键 盘 输
入模块
在 预 先 测
量之前可手动
输入被测者年
龄参数，以备阑
值比较判断使
用，主要是心率
值。
(3) 阑 值 比
较判断模块
经 阑 值 判
断后 |
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