主控芯片采用PDIP-20封裝的C8051F330單片機，易于焊接，其使用Silicon Labs的專利CIP-51微控制器內(nèi)核。CIP-51與MCS-51TM指令集完全兼容，可以使用標準803x/805x的匯編器和編譯器進行軟件開發(fā)。CIP-51內(nèi)核具有標準8052的所有外設(shè)部件，包括4個16位計數(shù)器/定時器、一個具有增強波特率配置的全雙工UART、一個增強型SPI端口、768字節(jié)內(nèi)部RAM、128字節(jié)特殊功能寄存器(SFR)地址空間，僅使用簡單的外部電路便可以搭建系統(tǒng)。

HC-05模塊采用的是CSR BC417143B藍牙芯片，同時內(nèi)置8M Flash。具有兩種工作模式：命令響應(yīng)工作模式和自動連接工作模式，在自動連接工作模式下模塊又可分為主(MASTER)、從(Slave)和回環(huán)(Loopback)3種工作角色。當模塊處于自動連接工作模式時，將自動根據(jù)事先設(shè)定的方式連接的數(shù)據(jù)傳輸；當模塊處于命令響應(yīng)工作模式時能執(zhí)行AT命令。通過控制模塊外部引腳(PIO11)輸入電平，可以實現(xiàn)模塊工作狀態(tài)的動態(tài)轉(zhuǎn)換。

這里使用其P0.4與P0.5口作為UART傳輸口，與藍牙模塊的UART口通信。

Sout為經(jīng)過采集和放大電路輸出的脈搏信號，輸入到C8051F330的P1.7進行A/D轉(zhuǎn)換，C8051F330與HC05的UART口對接，將采樣和濾波以后的信號傳輸給藍牙模塊。開關(guān)S1用于藍牙模塊復位，二極管D2用于顯示藍牙模塊狀態(tài)。當沒有數(shù)據(jù)傳輸時D2熄滅，當有數(shù)據(jù)傳輸時D2閃爍。電路如圖3所示。

      圖3 控制與通信電路

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

整體系統(tǒng)軟件設(shè)計包括單片機端的輸入信號采樣濾波和藍牙程序、手機端的J2ME藍牙客戶端程序設(shè)計兩大部分。

3.1 單片機端濾波設(shè)計

由于人體呼吸、電極移動會產(chǎn)生脈搏信號中的基線漂移干擾，頻率較低，一般在0.7Hz以下，屬于低頻干擾，為了獲取較好的效果必須盡量消除其影響。人體脈搏波信號為準周期的時間序列，在不同周期的同一相位，其脈搏波的幅值近似不變。如果局部脈搏波在某一時刻發(fā)生突變，則這一時刻其幅度必不等于其臨近脈搏波同一相位幅度，根據(jù)這一思路，中值濾波的方法處理效果比較好。中值濾波法能有效克服因偶然因素引起的波動干擾，對溫度、液位變化緩慢的被測參數(shù)有良好的濾波效果，因此首先采用中值濾波法盡量消除突發(fā)擾動。其基本方法是連續(xù)采樣N次(N取奇數(shù))，把N次采樣值按大小排列然后取中間值為本次有效值。

移動平均濾波對快速周期性運動干擾有較強的抵御能力，是對模擬濾波補充的低通濾波器，用于實時檢測，只要采樣率足夠高，就能得翻較為理想的測量結(jié)果。因此系統(tǒng)在中值濾波后再加一級移動平均濾波對數(shù)據(jù)進行二次濾波。

具體算法是：

y(i)=c1y(k)+c2y(k-1)+…+ciy(k-m+1) (1)

式中，y(k)表示第k次采樣時刻的濾波輸出，各y(i)表示第i次采樣時刻的信號輸入，括號中的數(shù)字i代表第i次采樣時刻，c1、c2、…、cm是加權(quán)系數(shù)。

上式意義是將本次輸入數(shù)據(jù)連同以前共m次的數(shù)據(jù)進行加權(quán)平均。如果各ci值相同且等于1/m時，就成為m項算術(shù)平均運算。

3.2 藍牙設(shè)計

藍牙協(xié)議棧提供了一組高層協(xié)議和API以完成發(fā)現(xiàn)服務(wù)和模擬串行I/O，還有一個關(guān)于包分割和重組的低層協(xié)議以及多路技術(shù)協(xié)議和質(zhì)量服務(wù)。藍牙協(xié)議棧如圖4所示。

     圖4 藍牙協(xié)議棧

應(yīng)用層(Application)：這一層運行的是藍牙通信的J2ME通信程序，通過調(diào)用藍牙無線層的API，就可以直接書寫相應(yīng)的通信功能的程序。

藍牙無線層(JSR-082)：所有開發(fā)的API均在該層調(diào)用，與下層交互。