采用Atmega64L的心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中MCU設(shè)計(jì)

一種基于Atmel公司AVR系列單片機(jī)Atmega64L，用于心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中MCU的設(shè)計(jì)。簡(jiǎn)述了單片機(jī)的特性，以及外圍接口電路和軟件設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)應(yīng)用于單兵訓(xùn)練強(qiáng)度的心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和運(yùn)算能力。

1 引言

根據(jù)運(yùn)動(dòng)心率可準(zhǔn)確劃分運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度等級(jí)，通過單片機(jī)對(duì)監(jiān)測(cè)心率按照劃分等級(jí)的智能判斷，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)訓(xùn)練強(qiáng)度，進(jìn)行顯示報(bào)警，從而掌握科學(xué)的訓(xùn)練強(qiáng)度。通過對(duì)便攜式心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)研究分析，針對(duì)如何提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、可靠性和抗干擾能力的問題，我們要求對(duì)該系統(tǒng)微控制處理模塊（MCU）進(jìn)行了基于 Atmega64L的設(shè)計(jì)。

2 單片機(jī)Atmega64L

Atmega64L是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1MIPS/MHz，有6種睡眠模式，功耗較低，適合于便攜式產(chǎn)品應(yīng)用。

3 Atmega64L外圍電路設(shè)計(jì)

Atmega64L的外圍電路主要包括：電源模塊、鍵盤控制模塊、液晶顯示和語音報(bào)警系統(tǒng)接口、心率采集信號(hào)輸入接口，見圖1。

電路設(shè)計(jì)在ProtelDXP的開發(fā)軟件中完成，包括：原理圖和PCB圖的設(shè)計(jì)。元器件的選擇和封裝設(shè)計(jì)都采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，但為滿足小型化，其中某些元件考慮其貼片式或其它因素，采用了實(shí)物測(cè)量的方法自己加載元件庫。模塊電路設(shè)計(jì)均采用典型電路。

4 軟件設(shè)計(jì)

WINAVR是為AVR系列單片機(jī)提供的Windows平臺(tái)下的開發(fā)程序集，它使用C語言編程，簡(jiǎn)化了軟件結(jié)構(gòu)，提高了編程效率。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括：A/D轉(zhuǎn)換模塊、鍵盤輸入模塊、閾值比較判斷模塊、顯示和報(bào)警系統(tǒng)。

（1）A/D轉(zhuǎn)換模塊：心律采集電路采用差分電路和濾波電路后，輸出1個(gè)模擬信號(hào)，單片機(jī)Atmega64L通過自帶的ADC轉(zhuǎn)換器，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為可處理的數(shù)字信號(hào)。此時(shí)的心率信號(hào)以離散信號(hào)的形式，通過計(jì)算單位時(shí)間R波之間的時(shí)間來換算心率值;

（2）鍵盤輸入模塊：在預(yù)先測(cè)量之前可手動(dòng)輸入被測(cè)者年齡參數(shù)，以備閾值比較判斷使用，主要是心率值;

（3）閾值比較判斷模塊：經(jīng)閾值判斷后，單片機(jī)將判斷結(jié)果發(fā)送給液晶顯示予以顯示。

若被測(cè)者結(jié)果超出閾值范圍時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，分別進(jìn)行分頻閃爍和蜂鳴報(bào)警。同時(shí)，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行儲(chǔ)存，為了避免存儲(chǔ)冗余，系統(tǒng)只保留近期測(cè)量的數(shù)據(jù);（4）異步串行通信模塊：系統(tǒng)開啟時(shí)，會(huì)初始化液晶芯片，出現(xiàn)開機(jī)畫面。然后，當(dāng)正常工作時(shí)，實(shí)時(shí)顯示心率測(cè)量值。在心率信號(hào)監(jiān)測(cè)過程中，若被測(cè)信號(hào)大于閾值，系統(tǒng)會(huì)發(fā)送報(bào)警信號(hào)，觸發(fā)報(bào)警功能。否則，正常工作。

5 討論

采用 Atmega64L設(shè)計(jì)單兵心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由于單片機(jī)及其外圍功能電路，配合在WINAVR環(huán)境下的C語言軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、靈敏性、小型化，以便單兵攜帶的要求。但系統(tǒng)智能軟件設(shè)計(jì)方面尚未成熟，比如：閾值輸入和鍵盤功能較為單一，數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)擴(kuò)展有限。