基于单片机和自相关计算的胎心监测仪的实现

时间：2026-01-18

单片机

基“：于誉靖“撬蔫Ｉ舞相关计算的胎心监测仪的实现

朱韶红Ｌ２郭风２１北京工业大学

２北京物资学院信息学院

１０１１４９

用。

数值，利用其自相关函数峰值的位置即

目前一些厂家所生产的胎心监测仪多

可确定周期性信号的周期和频率。同样，对胎心信号进行采样、存储，根据测量范围取不同的延时值，计算自相关函数值。当自相关函数值最大时，由其Ｔ值即可计算出胎心信号的频率。

摘要

监测胎儿心率是保障胎儿正常发育，实现优生优育的一个重要手段。本文介绍了以

采用放大、整形、计数的方法对超声探大、整形的基础上进行数字滤波，将高频部分滤除，得到包含胎儿心跳信息的低频部分，通过低频信号频率，计算出

ＡＴ８９Ｃ５１单片机为核心部件，以自相关算头的所接收的信号进行处理，或在放法处

理数据为技术关键的超声多普勒胎心监测仪的实现方案。该方案由两片单片机分别担任取样和自相关计算的任务．很好地解决了低档单片机运行速度不够的问题，这也是所述方案的一个重要特点。

２．胎心监测仪的硬件设计

超声多普勒胎心监测仪主要由超声多普勒胎心探头、前置放大器、放大检波、脉冲形成、数－９－处理、ＬＥＤ显示等

胎心率。这种基于模拟和数字滤波的方ｌ

法有某些优点，但是这些方法存在从含有噪声的信号中提取信息的能力不够强的

关键词

胎心监测仪；单片机；自相关

问题，因而导致测量的精度不理想。本Ｊ单元组成，整个系统以数字处理单元为

文提出了一种基于单片机和自相关计算的ｆ核心。

超声多普勒胎心监测仪设计方案，并可

１．引言

胎儿心率是评判胎儿状况的重要信

息，正常胎儿的心跳速率大约为每分钟

了用户的使用。

信号的相似性，它是一个时间函数，无

超声多普勒胎心探头所接收到的胎心

将测得结果通过数码管显示，极大方便｜信号经过放大检波和脉冲形成电路，得

信号的自相关函数是指信号与其延时Ｉ计数即可计算出胎儿的心率，但由于各

种噪声干扰，导致测量数据不准确。为此，８－脉冲信号送入数－９－处理单元做自

Ｉ！ＵＪ｛台ＪＬ心跳的脉冲信号，对该信号进行

１２０次～１６０次。当胎儿的心跳速率低论是随机信号还是周期性信号，其自相于

每分钟９９次或大于每分钟１８０次，就属于

心率异常。出现胎儿心率异常的原因大

关函数不仅与波形有关，而且还与其频Ｉ相关计算，计算ｌ士ｌＪ｛＃Ｊｂ心率并送到显示

率有关。币，ＩＨＩ自相关函数可从噪声中恢ｌ部分显示。

数字处理单元由采样和显示控制单

多数是由于，ｉｌ＃Ｊｂ缺血、缺氧造成的，复有用信号…。严

重的胎儿缺血、缺氧会导致出生缺陷，出生缺陷目前已成为影响我国人ＩＺｌ质量的一个严重问题。因此要实现优生优育，提高我国的人口质量，应该密切关注胎Ｊｂ，６，率的变化情况。

随着现代电子技术的不断发展，采用超声多普勒原理的胎心检查已经普及。在为孕妇进行一般常规检查时多采用多普勒胎心监测仪，用于检查胎儿心率是否正常。这种产品操作简单、使用方便，价格比较便宜，不但占据着一定的医疗市场，甚至还有进一步走入家庭的趋势，特别是在我国的一些县、乡、镇医院，多普勒胎心监测仪有着广泛的应

信号ｘ（ｔ）的自相关函数定义为：ｌ元、相关计算单元组成。

Ｒ。“）：ｌｉｍ一１ｈ，），（，一ｔ瑚

了茹１。

采样和显示控ｌｌｉ，｛单元的电路主要由一

ｌ片ＡＴＭＥＬ的ＡＴ８９Ｃ１０５１单片机构成的，

即信号ｘ（ｔ）与其延时变换式相＿Ｌ其主要功能是负责对脉冲形成电路所输出乘，然后求乘积在Ｔ秒内积分的平均值。ｌ的胎心信号进行采样并将采样数据组织成对于数字系统而言，平均是指把信号以Ｉ字节数据，以中断方式送到相关计算单 △ｔ秒为周期进行采样，然后将Ｎ个采样Ｉ元的外部数据存储器存储。同时相关计点值相乘并求和，即：ｌ算单元计算出结果后再以中断方式将计算 … ｏ）：上争。（丛，）。（＾出一ｔ）ｌ结果送回该芯片，由该芯片负责将结果通

Ⅳ商

根据自相关函数的性质，当ｒ的取Ｉ在采样单元中，关键是采样频率的值刚好等于信号的周期时，其自相关函『确定，正常的胎儿心率范围是１２０～１６０万方数据

ｌ过ＬＥＤ显示出来。

单片机

数存在峰值。因此可根据信号的带宽取

不同的Ｔ值（即延时值）计算自相关函Ｉ

拍／分，为此将胎心仪的测量范围定为６０～２１０拍／分，为了达到１拍的分辨率，

Ｒ

单片机

也就是使胎心仪能够区分２０９拍和２

拍，计算的时间分辨率应为：

１０