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【摘要】 多年来，心电诊断仪、心率计的应用在心血管疾病的研究和诊断方面发挥出显著的作用，它们所记录的心脏活动时的生物电信号，已成为临床诊断的重要依据。正是基于心肌电生理学的基础上，本文论述了便携式多功能心率监测仪的设计原理及硬件设计要点。它不仅具有其他心率计便于携带、记录、存储和显示心率值的基本功能，更具有及时报警、清晰液晶显示和记录心率变异（HRV）之特色并可通过与微机接口实时传送、显示及存储心电波形。该心率仪可用于临床心率监护；并为体力劳动者劳动强度测定、运动员及士兵训练强度测定等提供确凿的和必不可少的生理指标；同时HRV是一种能方便地揭示人体植物神经系统控制状态的方法，它将成为今后临床各学科中检查植物神经系统功能状态的较为敏感的手段。所以HRV的测量和记录更能为临床心血管疾病的诊断提供可靠的依据。
【关键词】 心率监测仪 心率变异 瞬时心率 平均心率
现代的医学电子仪器已不仅仅是单纯的医学电子测量仪器硬件系统，而是基于电子技术、计算机技术、数字信号处理技术的生理量检测和分析系统。以往专门测量心率值的仪器较少，能提供心率变异指标的仪器更是寥寥无几。人们为了知道自己的运动或劳动强度是否超负荷，尤其是老年人或运动员等，他们都得赶到医院而不能实时测量和预知。本课题所研制的便携式多功能心率监测仪把生理量的测量和生物信号处理技术融合为一体，属于一种集轻型化、一体化、可视化、可控化并能记录心率变异值的监护仪；适合在家庭和社区条件下使用，同时适 用于有隐性疾患的亚健康人群及各种作业环境下的劳动者，在其心率变异时，能及时发出警示的安全监护器。
1 基本原理及主要功能
心率值有瞬时心率值和平均心率值之分，瞬时心率值是指根据相邻二次心跳间隔时间确定的心率值，平均心率值是指一分钟内心脏实际跳动的次数。瞬时心率值更能反映心脏的工作状况［1］。该心率监测仪在存储器中同时存储了瞬时心率值和平均心率值。试验表明，根据心电信号测量心率值的可靠性较强。因此，本仪器根据体表心电来测量心率，并选用胸前导联获取心电信号。
主要功能：采样；计算、显示心率值；计算、显示心率变异值以及向计算机传送采样数据、显示心电波形。
监测仪采用8031单片机作为主处理器， 2764EPROM、DALLS1225、ADC0809、8255可编程扩展芯片等硬件并通过软件编程来完成一系列的功能。其基本原理是：由电极从胸前取得心电信号［2］，经前置放大电路放大、滤波后，通过ADC0809将模拟信号转换成数字信号送入8031进行计算处理。处理后，一方面记录、存储、显示心率及心率变异值；另一方面把心率、心率变异及心电波形的数据通过8031与微机接口传送至微机，可存储在磁盘上，或可在微机屏幕上直接显示。 2 硬件设计
2.1 前置放大电路 电极、导联线、缓冲放大器、放大与滤波。通过放大电路将心电信号体表电位幅值放大后，将被放大的心电信号体表电位输入0809进行A/D转换后，再将数字量存入数据存储器DALLS1225中［3］。
2.2 存储器与8031的连接 本仪器有两种存储器，它们分别是：程序存储器（2764）、数据存储器（DALLS1225）。（1）程序存储器2764与8031：2764EPROM作为8031的程序存储器。程序存储器2764中存储本仪器的程序，包括硬件管理监控和驱动程序（2764，DALLS1225，ADC0809，8255等），微机通讯程序及心率、心率变异运算程序等。用8031的P0口作为2764的数据总线和低8位地址总线［4］。其中，74LS373为地址锁存器，暂时存放低8位地址，低8位地址与8位数据总线分时复用，完成两总线的自动切换。（2）数据存储器DALLS1225与8031：8031单片微型计算机具有128个字节RAM存储器，选用DALLS1225作为外部数据存储器在心电监测中较长时间记录所测得的心电数据（6000/分）存储器是远远不够的问题。根据心率监测仪的设计要术，选择DALLS1225的优点是：当关掉电源时，数据仍不丢失，永久地保存在芯片中。可供监测人随时查看。
2.3 本仪器有四种外部设备 液晶显示1602，输入键盘，模数转芯片A/D0809及微机与本仪器的通讯RS232接口。
2.4 总线控制 综上所述，由于CPU8031要与多个芯片（ADC0809，8255，2764，DALLS1225）进行数据总线、地址总线及控制总线的连接。它们都可以分时的占用总线，其分时占用总线的逻辑关系由74LS139来完成此功能。74LS139与8031、DALLS1225、0809及8255具体各引角连接。其中，2764可寻址范围：0000H～1FFFH；DALLS1225可寻址范围：4000H～5FFFH；地址为6800H时选中8255；7000H时选中0809。 3 讨论
3.1 便携式多功能心率监测仪的性能评价及优势 （1）经试验，便携式多功能心率监测仪测量误差小、数据处理方便、功能强、测量工作量小等优点。它集轻型化、一体化、可视化、可控化等优点于一身。（2）以往的心率计多用数码管显示心率值：不易识别、易损坏。该心率仪采用液晶显示：清晰、美观、大方。（3）以往的心率计与微机接口只能传输数据，如心率值，不能传输心电波形并显示在屏幕上（因心电波已被整形失去原有特点），该心率仪软件设计构思不同，保持了原有波形特点，因此，不但能将心率值等数据还能将原始心电数据通过与微机接口送至计算机显示并保存。（4）以往的心率计设计仅能测量心率值，该心率仪还能测量心率变异值，而心率变异更具研究价值。（5）便携式多功能心率监测仪还备有多个备用键，用于开发更多潜在功能。
3.2 便携式多功能心率监测仪的不足 （1）该心率仪只能测量人在静息状态下的心率等数据，还不能及时捕捉动态心率。（2）数据存储器DALLS1225的存储空间较小，只有8k。（3）CPU功耗较大。
【参考文献】
1 张复生,闫晓霞.心率变异性研究发展概况. 心脏杂志,2000,12:122-126.
2 王广志. 人体运动信息检测技术与仪器. 世界医疗器械,1996,2(5):24-26.
3 余学飞. 医学电子仪器原理与设计. 广州:华南理工大学出版社,2000,1-13.
4 蔡美琴.MCS-51系列单片机系统及应用 . 北京:高等教育出版社,1992,112-187.
作者单位：130021 吉林长春，吉林省肿瘤医院网络中心