基于HK2000-A脉搏传感器的睡眠定时器

　　人的一生中，有1/3左右的时间都在睡眠中度过，从睡眠中挤出一些时间，可以节省时间，提高时间利用效率。同时，现代医学表明在有限的睡眠时间里，有效地提高睡眠效率会很好地提高睡眠质量。例如：在午休中，在高效的睡眠状态下，半个小时的睡眠与正常状态下的2个小时睡眠时间产生的效果相当。对于同一个人来说，在从非睡眠状态向睡眠状态过度时，脉搏会明显减慢，所以，系统可以通过对睡眠者的脉搏信号的检测来判断睡眠者的睡眠状态，并以此为依据来启动系统定时器，当定时时间达到睡眠者的设定值时，系统会发出报警信号唤醒睡眠者，以此达到有效睡眠。

　　1 系统设计

　　睡眠定时器中，睡眠者的睡眠时间可以由睡眠者在0-24h内任意设定，并在此功能的基础上，不增加任何硬件，将实时时钟、脉搏测量及显示、音乐报警等集于一体，大大丰富该装置功能。系统以单片机AT89C2051为核心搭建，硬件结构简单，小型化，系统的稳定性和可靠性高。系统设计框图如图1。

　　2 硬件电路设计

　　2.1 脉搏传感器电路

　　人体心室周期性的收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒张，使血流压力以波的形式从主动脉根部开始沿着整个动脉系统传播，这种波称为脉搏波侧。脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息，很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征[3]。传统的脉搏测量采用脉诊方式，中医脉象诊断技术就是脉搏测量在中医上卓有成效的应用，但是，受人为的影响因素较大，测量精度不高[4I。设计中脉搏传感器采用合肥华科电子研究所研制的HK2000一A，该产品采用高度集成化工艺将力敏元件（PVDF压电膜）、灵敏度温度补偿元件、感温元件、信号调理电路集成在传感器，其灵敏度高、抗干扰性能强、过载能力大、一致性好，电源电压范围为3一12vDc，压力量程为一50一300mmHg（lmmHg=133.a22Pa）[5〕。输出高电平大于1.SV，输出低电平小于0.ZV，输出脉冲波型见图2。HKZ000一A连接2输人与非门CD4Oll，经反向后输人A铭9C2051的玲。2口，见图3所示。

　　2.2 人机交互电路

　　睡眠定时器中人机交互由三部分组成，按键模块、显示模块和报警模块。按键模块电路采用按键和电阻器构成，采用硬件电容器消抖，按键每按下一次，电路输出一个负脉冲，其硬件电路如图3。为了使本设计满足小型化的要求，在整个电路中，仅设有2个按键，一个是“复合”功能键52，一个是“调节”功能键51，并具有复用功能。每按一次按键52，分别进入“调时钟分”、“调时钟时”、“显示定时时间”、“调定时分”、“调定时时”、“显示并测量瞬时脉搏”、“显示平均脉搏”、“显示乐曲编号并进人选择乐曲”；51为“+1”功能，每按一次调节位+1;当不在调节状态时，按下此键，即可进人瞬时脉搏显示即测量；在音乐选择状态时，按一次此键，即进人乐曲试听，再按一次，结束试听。在报警状态时，按下2个键的任何一个即可结束报警。显示模块电路采用4位LED数码显示，由于A铭9C2051的FO口较少，电路采用动态显示，并通过串行口扩展来实现，电路如图3所示。报警电路由功率放大器LM386和音乐蜂鸣器组成，其中，报警触发信号由单片机的玲。7直接产生，报警信号为音乐报警，而且，音乐可以选择（A铭9C2O51 中编多首乐曲）。

　　3 系统软件程序设计

　　脉搏即为人体动脉的跳动，分为平均脉搏和瞬时脉搏。平均脉搏的测量采用计数法实现，即对脉搏传感器后端输出的脉搏脉冲信号进行lmin计数，计数值即为脉搏值，虽然这种方法准确性很高，但刷新速度太慢；本文采用十秒钟计数的方法，连续的6个105计数值的累加值即为脉搏跳动次数，这种方法将每次采集到的第7个105脉搏跳动次数覆盖第1个105的脉搏值，实现了脉搏显示每十秒钟刷新一次。瞬时脉搏即为脉搏的瞬时值，它要求在很短的时间内就能测量出脉搏值，很显然，上述脉搏的测量方法达不到测量要求。在这里，采用周期的测量方法来实现，即测量出脉搏跳动一次的周期T，然后，通过公式fm=60/T计算即可得到脉搏的瞬时值。由于瞬时脉搏反映的是脉搏的瞬时值，对其他时刻意义不大，故程序中对瞬时脉搏的测量采用查看即测量、不查看就不测量的方式。

　　报警电路即为效率定时器的输出部分，并采用音乐报警的方式来实现。报警信号的触发由脉搏信号和定时时间来共同决定，由于瞬时脉搏的不稳定性和瞬时性，在这里，报警信号产生以平均脉搏为基准，在程序中，当平均脉搏值不大于60次，且105内脉搏下降不小于3次时，启动定时器开始计时（当定时器的定时时间为零时，系统默认定时器关闭状态），当计时时间到时，即触发系统产生报警信号报警。报警状态的退出由手动退出，当进人报警状态时，只要把系统的2个按键任意按下其中的一个即可退出报警状态。图4为系统软件框图。

　　4 系统调试和测试结果

　　系统调试采用模块化调试和整体组装调试相结合的方法来进行。经过模块化的电路测试、软件调试和系统组装，电路实现了实时时钟显示与调整、定时器定时时间显示与调整、平均脉搏的测量与显示、瞬时脉搏的测量与显示、音乐报警且乐曲可选等功能，测试时，通过设定有效睡眠时间，观察初始时的瞬时脉搏和报警时的瞬时脉搏，记录如表1所示。可以看出：报警时的瞬时脉搏均小于正常时的瞬时脉搏，实际睡眠时间均大于设定睡眠时间，实现了睡眠定时。

　　5 结束语