采用Atmega64L的心率监测系统中MCU设计

电子工程师 2018-05-26 2898

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描述

一种基于Atmel公司AVR系列单片机Atmega64L，用于心率监测系统中MCU的设计。简述了单片机的特性，以及外围接口电路和软件设计。该系统应用于单兵训练强度的心率监测系统，提高了系统的实时性和运算能力。

　　1 引言

　　根据运动心率可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的智能判断，可以实时监测训练强度，进行显示报警，从而掌握科学的训练强度。通过对便携式心率监测系统的特点研究分析，针对如何提高系统实时性、可靠性和抗干扰能力的问题，我们要求对该系统微控制处理模块（MCU）进行了基于 Atmega64L的设计。

　　2 单片机Atmega64L

　　Atmega64L是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进指令集以及单时钟周期指令执行时间，数据吞吐率高达1MIPS/MHz，有6种睡眠模式，功耗较低，适合于便携式产品应用。

　　3 Atmega64L外围电路设计

　　Atmega64L的外围电路主要包括：电源模块、键盘控制模块、液晶显示和语音报警系统接口、心率采集信号输入接口，见图1。

ATMEGA64L

　　电路设计在ProtelDXP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。模块电路设计均采用典型电路。

　　4 软件设计

　　WINAVR是为AVR系列单片机提供的Windows平台下的开发程序集，它使用C语言编程，简化了软件结构，提高了编程效率。系统软件设计主要包括：A/D转换模块、键盘输入模块、阈值比较判断模块、显示和报警系统。

　　（1）A/D转换模块：心律采集电路采用差分电路和滤波电路后，输出1个模拟信号，单片机Atmega64L通过自带的ADC转换器，把模拟信号转换为可处理的数字信号。此时的心率信号以离散信号的形式，通过计算单位时间R波之间的时间来换算心率值;

　　（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，以备阈值比较判断使用，主要是心率值;

　　（3）阈值比较判断模块：经阈值判断后，单片机将判断结果发送给液晶显示予以显示。

　　若被测者结果超出阈值范围时，系统启动报警系统，分别进行分频闪烁和蜂鸣报警。同时，对测量结果进行储存，为了避免存储冗余，系统只保留近期测量的数据;（4）异步串行通信模块：系统开启时，会初始化液晶芯片，出现开机画面。然后，当正常工作时，实时显示心率测量值。在心率信号监测过程中，若被测信号大于阈值，系统会发送报警信号，触发报警功能。否则，正常工作。

　　5 讨论

　　采用 Atmega64L设计单兵心率监测系统，由于单片机及其外围功能电路，配合在WINAVR环境下的C语言软件设计，实现了系统实时性、灵敏性、小型化，以便单兵携带的要求。但系统智能软件设计方面尚未成熟，比如：阈值输入和键盘功能较为单一，数据传输和数据存储扩展有限。

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