人體脈搏波中蘊(yùn)藏著豐富的生理病理信息，大量的臨床實測結(jié)果證實，脈搏波的特征與心血管疾病有著密切的關(guān)系。脈搏波所表現(xiàn)出來的形態(tài)、強(qiáng)度、速率與 節(jié)律等方面的綜合信息的確在相當(dāng)程度上反映出人體心血管系統(tǒng)的許多生理和病理特征。因此采用簡單易懂的方法獲得人體脈搏波就顯得很重要。
　　1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
　　本文提出了一種可監(jiān)測人體脈搏波及心率的健康鼠標(biāo)的設(shè)計方法，其系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)共分為九個部分：反射式脈搏波光電傳感器、脈搏波信號濾波電路、脈搏波信號放大模塊、鼠標(biāo)數(shù)據(jù)采集模塊、鼠標(biāo)控制模塊、鼠標(biāo)數(shù)據(jù)與脈搏波數(shù)據(jù) 采集處理共用的單片機(jī)控制模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳輸模塊、電壓轉(zhuǎn)換模塊以及Micro USB接口。如圖1所示。
　　


　　通過反射式脈搏波光電傳感器采集到包含人體多種生理參數(shù)的信號，然后由脈搏波信號濾波電路與脈搏波信號放大模塊對信號進(jìn)行濾波和放大，并和鼠標(biāo)數(shù)據(jù) 采集模塊采集的數(shù)據(jù)在鼠標(biāo)數(shù)據(jù)與脈搏波數(shù)據(jù)采集處理共用的單片機(jī)控制模塊匯集，經(jīng)過進(jìn)一步處理之后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳輸模塊形成適合傳輸?shù)诫娔X端的信號形 式，再經(jīng)由Micro USB接口傳輸?shù)诫娔X端進(jìn)行進(jìn)一步的信號處理和顯示。
　　1.1 反射式脈搏波光電傳感器
　　將反射式脈搏波光電傳感器放在正常使用鼠標(biāo)時大拇指所處的位置上(見圖2)，采用HG40系列反射式傳感器，紅外發(fā)光二極管作為快速光源，3DU5 系列光電三極管作為接收管，組成紅外發(fā)射-接收對管。光從紅外發(fā)光二極管快速光源發(fā)出后，透過皮膚和組織，除一部分光被皮膚、肌肉、血液和指甲等吸收外， 一部分由血液反射回，由3DU5系列光電三極管轉(zhuǎn)換為電信號，傳感器外部覆有直徑1 cm的濾光片，對外部光源進(jìn)行過濾。
　　


　　1.2 信號初步處理電路
　　本電路由脈搏波信號濾波電路、脈搏波信號放大模塊兩個模塊組成，對信號進(jìn)行濾波和放大。如圖3，圖4所示。
　　


　　


　　脈搏波濾波電路輸入端與反射式脈搏波光電傳感器輸出端連接，對50 Hz工頻干擾信號進(jìn)行濾除，并傳輸至脈搏波數(shù)據(jù)放大模塊。
　　由于采集到的信號微弱，于是設(shè)置脈搏波數(shù)據(jù)放大模塊，接收經(jīng)脈搏波濾波電路濾波后的信號，對信號進(jìn)行放大，并將放大后的數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)绞髽?biāo)數(shù)據(jù)與脈搏波數(shù)據(jù)采集處理共用的單片機(jī)控制模塊。
                                
                　　1.3 鼠標(biāo)數(shù)據(jù)采集模塊與鼠標(biāo)控制模塊
　　本部分用于實現(xiàn)鼠標(biāo)的基本功能，包含鼠標(biāo)數(shù)據(jù)采集與鼠標(biāo)控制兩個模塊。
　　鼠標(biāo)數(shù)據(jù)采集模塊采用OM02芯片，其中OM02芯片接收來自LED_XY口與LED發(fā)光管形成的信號，得到鼠標(biāo)方向數(shù)據(jù)。
　　鼠標(biāo)控制模塊采用eKM8022芯片，鼠標(biāo)控制模塊eKM8022芯片的1管腳L端連接一個點擊觸發(fā)器SL用于鼠標(biāo)左鍵控制，鼠標(biāo)控制模塊 eKM8022芯片的5管腳R端連接一個點擊觸發(fā)器SR用于鼠標(biāo)右鍵控制，鼠標(biāo)控制模塊eKM8022芯片3管腳Z1與4管腳Z2連接一個滾輪作為鼠標(biāo)中 間滾輪，鼠標(biāo)控制模塊eKM8022芯片12管腳D+端與13管腳D-端作為信號輸出端，用于信號輸出。
　　上述兩個模塊實現(xiàn)了鼠標(biāo)的數(shù)據(jù)采集和控制功能。
　　1.4 單片機(jī)控制模塊
　　鼠標(biāo)數(shù)據(jù)與脈搏波數(shù)據(jù)采集處理共用的單片機(jī)控制模塊，如圖6所示。針對反射式脈搏波光電傳感器所采集的信號特點，設(shè)有脈搏波信號模/數(shù)采集模塊、脈搏波信號平滑濾波模塊、鼠標(biāo)數(shù)據(jù)采集模塊、信號處理模塊、信號發(fā)送模塊。
　　在本模塊，信號將會依次進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，平滑濾波等處理，同時整合鼠標(biāo)采集來的數(shù)據(jù)，發(fā)送到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳輸模塊。
　　1.5 電壓轉(zhuǎn)換電路
　　各個模塊的工作電壓，驅(qū)動電壓要求不同，所以設(shè)置電壓轉(zhuǎn)換電路，將電壓轉(zhuǎn)換成適用于各個模塊工作的電壓。
　　電壓轉(zhuǎn)換模塊通過USB接口連接電腦端供電，電壓轉(zhuǎn)換模塊的OUT口與脈搏波數(shù)據(jù)放大模塊中的MCP6002芯片的VINB+、 VINB-連接，脈搏波數(shù)據(jù)放大模塊的輸出端VOUTB與鼠標(biāo)數(shù)據(jù)與脈搏波數(shù)據(jù)采集處理共用單片機(jī)控制模塊電源端口連接，其他模塊供電與電壓轉(zhuǎn)換模塊的 OUT口連接。
　　1.6 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳輸模塊及Micro USB接口
　　數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳輸模塊采用CP2102芯片，輸入端接收來自鼠標(biāo)數(shù)據(jù)與脈搏波數(shù)據(jù)采集處理共用的單片機(jī)控制模塊的數(shù)據(jù)信號，將信號并行輸入轉(zhuǎn)為通用串行總線，通過Micro USB接口與電腦端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
　　2 結(jié) 論
　　將鼠標(biāo)和反射式光電傳感器結(jié)合制成成品之后，經(jīng)過實際測試，傳感器能夠很好的測得人體在手指處的脈搏波并輸出。再經(jīng)過計算機(jī)端配套軟件對信號的處 理，能夠很好地、直觀地向用戶呈現(xiàn)其身體健康狀況。本方案的理念即為將健康引入鼠標(biāo)，將健康監(jiān)測與日常生活融為一體，讓用戶在日常生活中不用刻意去測量自 身的生理信號，鼠標(biāo)即可自動檢測使用者的多項生理參數(shù)信息，從而了解自己的身體狀況。
　　本鼠標(biāo)各個模塊中，除了將反射式脈搏波光電傳感器放在正常使用鼠標(biāo)時大拇指所處的位置上，其他供電模塊，數(shù)據(jù)處理模塊等均置于鼠標(biāo)內(nèi)部，集成到鼠標(biāo) 電路板上。無論是外觀還是手感，本鼠標(biāo)與普通鼠標(biāo)并無明顯差異，完全融入到了用戶的正常生活之中，在用戶使用鼠標(biāo)的不經(jīng)意狀態(tài)時檢測并記錄脈搏波及心率。