压电薄膜传感器及其在心脏监测中的应用

　　图4中，译码器用最高3位进行译码。它的输出分别作为ROM、RAM、通道地址锁存器、模/数转换器、数/模转换器、8255等片选信号。系统配置8K字节的EPROM监控程序，实现系统自检、输入/输出驱动;提供扩展8K字节RAM的能力。8路开关输入量通过光隔离器件后，直接连到P1口的8 位。8路开关输出接口到8255P的B通道。8模拟输入通道连接到模拟开关，用软件控制切换，分时使用一片模/数转换器。模拟输出通道采用带输入数据缓冲器的数/模转换芯片。系统直接使用8031片内的串行输入、输出功能作为全双工的串行输入、输出口。数据的采样是依据采样定理，采样定理可以描述为：只要采样频率大于模拟信号中最高频率分量频率的两倍，则模拟信号中所包含的全部信息，也包含在它的采样值中。根据这个定理我们可通过模/数转换器，定时(满足采样频率大于模拟信号最高频率)对检测波形进行采样，得到的采样数据(携带有检测波形的全部信息)可保存在存储器中，来实现波形的存储和输出。我们使用8位逐次逼近式A/D转换器AD0804，采用差动双端模拟输入。AD0804的WR信号控制三态门，实现数据输出线与系统数据线的连接。

　　2、信号处理控制部分

　　信号处理控制器，该控制器由8031单片机完成。压电传感器获得通道一(心音)数据、心电电极获得通道二(心电)数据后，通过模拟电路先对其放大，后对其模拟信号进行整形，转化为脉冲形式(开关量)。利用8031单片机中的两个定时器/计数器T0和T1分别工作于定时和计数方式，对心音心电波形整形后的脉冲进行计数，然后通过软件计算脉搏心率每分钟跳动次数，并根据软件分析心电心音数据相关的量。
　　3、信号的输出部分

　　信号的输出部分包括接口电路和显示。接口电路部分采用了可编程输入输出接口片子8255，通过它可直接将CPU总线接向外设。我们选用8255 的能输入/输出方式，完成微型记录盒与PC机数据传送。为了方便计算机正确地找到该接口电路，赋予8255接口特定的地址，通过口地址译码确定接口电路地址。译码电路如图5所示。选择采用数据查询式传送方式向外界传送数据，其优点是当CPU与外部过程不同步时，也可以很好地解决CPU的时序和I/O端口的时序之间的配合问题，从而不同外设的状态信息，可以使用同一端口，而使用不同的位就行。结果显示部分由液晶显示块显示。选用点阵式液晶显示块显示心音和心电中心脏跳动次数及记录仪的工作时间、状态等。
四、心率计算程序

　　计算程序中，根据实际测量精度，选择单片机定时器/计数器T0作为定时器，而定时器/计数器T1作为计数器，且都工作于16位计数器操作模式0 为定时器时，选取定时时间为5ms，另设定一计数器CR。根据公式：(216-X)×T1=T2计算出X值。其中T1为一个机器周期时间，T2为定时时间。首先设定模式控制字，接通T1计数器，当外部脉冲的第一个下降沿到时即TL1=1时，T0开始计数，当其溢出产生中断时，CR开始计数，直到TL1= 4时，T0、T1停止计数，读取寄存器值，计算最终结果。简单的程序流程图如图6。
　　五、结果讨论

　　利用高分子压电材料聚偏氟乙稀研制成压电薄膜传感器应用于心音心电监测系统，能够准确不失真的采集人体微弱的心音脉搏信号。该薄膜传感器与心音心电整机之间结构、性能匹配，通过实验，本心音心电监测系统可以初步监测人体的心音心电信号，该系统将应用于临床试验，预计不久将可能推广应用。