目录
1 绪论 (2)
1.1研究背景及意义 (2)
1.2脉搏测量仪的研究现状 (3)
(4)
2 脉搏测量仪的设计方案 (4)
3 硬件电路设计与实现 (6)
3.1主控制模块 (6)
3.2信号采集与处理模块设计 (7)
3.2.1 ST188红外光电传感器 (7)
3.2.2 双运算放大器LM358P (7)
(7)
3.2.4 信号处理电路 (7)
3.3显示模块 (8)
3.4键盘电路模块 (8)
3.5时钟电路 (8)
3.6复位电路 (9)
3.7报警电路 (9)
3.8电源模块 (9)
4 系统软件部分设计 (10)
4.1主程序设计 (10)
4.2中断程序 (11)
4.3显示模块 (12)
5 脉搏仪测试与结果分析 (14)
5.1程序调试 (14)
5.2脉搏测量仪原理图调试 (14)
5.3脉搏测量仪在P ROTEUS的仿真 (14)
5.4PCB排版布线及硬件焊接 (14)
5.5测试数据与结果分析 (15)
6 总结与分析 (15)
参考文献 (17)
1 绪论
1.1 研究背景及意义
脉象诊断已经在我国存在有几千多年历史了，就是我国传统中医必须研究的对象，由于传统医学采用的相关手段，对病人进行的病情诊断，病情的诊断会因为病人或者医者的影响，就会导致测量的准确度问题。现代科技发展的步步提高，生命学和信息学的联系是越来越紧密了，出现了许多样式各异的脉搏测量仪器，尤其是电子式的脉搏测量仪现世，让平时在测量脉搏时很便捷了。使诊断更加精确、治疗能够更加完善。
现如今已经有很多人慢慢认识到，在日常中绿色健康的生活方式，以及对相关疾病防治的重要性。在检测人体脉搏信号的领域里，当今世界上已有许多的先进的知识体系，在当今医学技术里面，人体心血管健康能进行无创检测的方法和仪器不断涌现。研究一种无害的而且实用的测量仪器，使愈来愈多的人关心自己
的心血管健康状态，能够在心血管疾病的还处于轻度状态时，进行快一步的发现，而且还能够平时的生活中进行预防。
采用光电传感技术，实现光电法提取指尖脉搏信息，送入控制芯片进行计数并在显示设备上显示脉搏技术，制成的脉搏测量仪器性能良好，结构简单，在脉诊方面具有一定的应用和推广实效。
1.2 脉搏测量仪的研究现状
在日新月异的医疗学中，检测脉搏跳动，来获得患者的身体健康状态的电子科技医疗器件是越来越多了。脉搏信号是显示出身体健康状况的渠道，检测脉搏信号的仪器在传统检测中有它的优势所在。在研究脉搏系统期间，对许多已经出现在网络、市场上的脉搏仪器进行了调查，发现网络、市场上有许多较高的效率，而且比较精确的测量产品，在仔细调查后，发现其中的许多仪器都存在部分不足，所以就没有把其设计的路线和解决其中问题的设计方案应用到大范围的电子产
品生产方面去，也就没有大规模的应用到医学领域中去。比如有些脉搏测量仪器还是比较高效且精确的，但是在物价高涨现代社会，产品的价格是非常高的，在普通消费者比较多的情况下，是不能承受的。有的医疗测量仪器需要比较严格的检测环境，才能检测出人体的脉搏信号，如此要求严格的测量环境，根本不能在平常的消费者当中所处的条件里准确测量。此外有的仪器是在操作的过程当中，因为操作过程比较繁琐，所以就无法推广并当作产品进行广泛销售。根据走访调查，了解到现如今还有许多经济比较落后的地方都是采取听诊来进行测量的，没有相对比较便宜且准确的仪器所代替。
1998年01月朱国富等做的袖珍式动脉脉搏波监测仪是基于单片微机8098
作为控制器，利用光电式传感器采集信号[1]。
2005年09月刘文等设计了利用51系列单片机开发指脉采集系统，实现对人体的脉搏数据采集、存储、报警等功能[2]。该系统成本低，实用性强。
2011年10月将为等设计了基于32位CMOS单片机的人体脉搏波形测量仪，实现了在LCD上直接显示出脉搏波形，该体系基本达到了仪器的测量精度，而且系统的响应速度方面得到了提升了[3]，系统有良好准确度，使用便捷，耗材低。 2015年2月李宏恩等设计了以AT89C51单片机为核心,将光电传感器采集到信号经过电路处理后输入到AT89C51内,利用单片机内部的定时器来计算时间,
然后将脉冲的次数进行累加,就可以计算出脉搏每分钟的跳动次数[4]。
1.3 研究的主要内容
用STC89C52单片机作为系统设计的核心控制和处理单元，并且用红外传感器ST188对人体的脉搏信号进行采集，接下来把脉搏信号经相关电路放大、滤波、整形，进行A/D转换，输入给单片机系统进行处理，运用软件和硬件的处理技术实现对脉搏信号比较准确的测量，设计出指尖放在ST188的表面上，系统能够在2到5秒钟内测出脉搏在1分钟的跳动数据，并显示在1608液晶屏上，可以设置脉搏测量仪测量脉搏信号的的上下限，报警模块会根据设置进行蜂鸣报警。
2 脉搏测量仪的设计方案
在脉搏测量仪的设计中，信号的采集和获取是关键。在设计的过程中，脉搏信号可以无误、有效、真实地采集，那么设计就可以顺利的进行。动脉信号极弱，振幅非常有限，难于进行采集和获取。生物的各部分的生理信号都是相互干扰、相互影响，在这种情况下，脉搏信号就会受到噪声的干扰。
脉搏信号的频率是很低的，正常人每分钟的脉搏跳动次数在60到100之间，频率在1Hz到1.67Hz，平均在70次左右。能够选择合理的传感器来对脉搏信号进行测量，才能够获得无误、有效、真实地采集，才能完整而又准确的反映一个人的身体活动的生理信息，设计的脉搏仪才能正常且高效地工作。
采用红外传感器进行对脉搏信号的采集，光电系统通常是指能够敏感到紫外光至红外光的光能量，并将这个光能量变换成电信号的器件。光电式传感器测量比较微小的位移变化有非常明显的作用，而且红外传感器对材料、电路模块控制以及光电管的特性要求是相对要高的。
光电式检测信号是使用红外传感器测试出血脉中流动时对光的透过率、反射率不同，就将收到的信号进行光电转换。选择ST188传感器对信号进行采集是最合适的。
选择STC89C52单片机系统，该设计的的可靠性可以得到提升，而且简化电路的设计，从而使系统耗材减少。
显示模块选择LCD液晶显示屏，因为液晶显示屏的信息量大，使用的寿命相关的长，而且能够在低压的情况下驱动。LCD具有的独特的优点特性，对信息的显示效果也是非常好的，而且控制方面也比较简便使用等等。
蜂鸣器模块采用蜂鸣器在超过上限低于下限时报警，并添加一个蜂鸣器开关。
按键功能由4个按键开关组成，用于对单片机的复位，设置上下限，数值加，数值减。
电源模块是采用的DC电源插座，还有自锁开关实现对系统的断电续电，并保护系统。硬件电路设计框图如图2-1所示。
图2-1 硬件电路设计框图
3 硬件电路设计与实现
硬件电路的设计也是实现系统功能的重要部分，由主控制模块进行系统控制，LCD模块进行数据的显示，传感器进行脉搏的采集，运放电路进行数据的处理，按键电路进行数据的调节以及系统的复位，蜂鸣电路进行异常报警，电源电路是为系统提供工作电压。硬件电路如图3-1所示。
图3-1 硬件电路原理图
3.1 主控制模块
STC89C52单片机可以让开发者通过计算机的并行端口或者串行端口直接将
可执行文件烧写到单片机中，这样就可以在开发板上进行仿真，在电路设计中，单片机的每个引脚的功能都要充分实现，图3-2为STC89C52的引脚图。
图3-2 STC89C52RC引脚图
电源引脚：40引脚为VCC引脚，连接5V的电源，20引脚为GND引脚，必须接地。那么第40引脚就直接接到电源的正极[5]。
输入/输出端口：如图3-2，40引脚的下一个是第39引脚，是P0的起始引脚，直到第32脚这8个脚是P0；1引脚到8引脚为P1；21到28引脚为P2；10引脚到17引脚为P3；39引脚、1引脚、21引脚、10引脚就是4个Port的开始引脚，因此把这四个引脚称为输入/输出端口。能连接各个辅助电路实现硬件的连接，如显示电路，按键电路，蜂鸣器电路等。P3口：①可以作为输入/输出口，外接输入/输出设备；
②作为第二功能使用。P0作为I/O口输出时，输出低电平为0输出高电平为高组态，就是说P0不能真正的输出高电平，如果要为所接的负载提供电流，就一定要用到上拉电阻。
复位引脚：所有的微处理都需要复位的动作，复位引脚是9引脚，接高电平超过2个机器周期，即可产生复位动作。
频率引脚：18引脚、19引脚是时钟脉冲引脚，连接震荡电路。
存储器引脚：31引脚是存取外部存储器使能引脚，设计中只使用内部存储器，因此就把使能引脚直接接到电源正极[5]。
外部存储器引脚：因为用到的是内部存储器，所以29引脚、30引脚就使用悬空。
3.2 信号采集与处理模块设计
3.2.1 ST188红外光电传感器
信号采集用的是反射式红外光电传感器，由红外发光二极管和红外光敏三极管构成。A_K为发射管；C_E为接收管。电路图如图3-3所示。
图3-3 ST188传感器电路图
3.2.2 双运算放大器LM358P
LM358P内部有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，1引脚、2引脚、3引脚为第一极运算放大通道，运放的1引脚是OUT端，运放的2引脚是反相INT端，运放的3引脚是同相INT端；5、6、7引脚为另一运放通道，7引脚是输出端，6引脚是反相输入端，5引脚是同相输入端；8引脚接VCC；4引脚是接地或负电源[6]。LM358P的引脚结构如图3-4所示。
图3-4 LM358的引脚结构
3.2.3 信号采集电路
打开电源后，发光二极管发射红外光照射到血管上，其中的部分光信号经过血管反射被光敏三极管所接收且转换成电信号送至测量处理电路，测出血管中血液流动状态[7]。血管中的血液流动平滑时，发射出去的光经过反射，接收管收到的发射光没有幅度上的大变化，采集电路就没有信号输出；当血管受压血液不流动时，传感器也无输出信号；只有当血管受到了压力的作用时，血管里面的血液就会根据压力的作用产生断续，反射光也跟着之产生改变，就会让接收管电流发生变化，因此传感器就会输出脉搏信号。激励电阻R4选择470欧姆是基于红外接收管所考虑的，传感器输出的脉冲信号是非常微弱的低频信号，脉搏数是50次/分为0.78Hz，200次/分为3.33Hz。脉搏采集电路如图3-5所示。
图3-5 脉搏采集电路
3.2.4 信号处理电路
经过传感器的输出信号是低频信号而且还伴有干扰信号，信号经R5和C4滤除高频干扰，再由耦合电容C5、C6加到放大输入端，电容的作用传递电流信号，进入运算放大器电路处理后变为电压信号既脉冲信号，信号要经过两级放大，即滤波放大和整形放大，经过滤波放大后的信号还是不规则的脉冲信号，而且还有低频信号的干扰，就必须利用整形电路进行处理[9]。R9为反馈电阻，运放电
路中选第二级作为滞回电压比较器，处于开环状态，电压增益很大，目的是进一步提高电路的抗干扰能力，而且还在LM358P的输出端XL连接一个作为系统工作状态的发光二极管。信号处理电路如图3-6所示。
图3-6 信号处理电路
3.3 显示模块
LCD1602是因为在显示屏要显示的数据是16X2,就是可以显示出两行数据，上下两行都可以显示16个字符和数字，LCD1602显示模块有标准的16脚接口。
接口如下：第1引脚GND是接地的；第2引脚为VCC是接5V电源正极；第3引脚，V0是LCD1602的液晶显示器对比度调整端，接VCC时对比度是最弱的，接GND时对比度是最高的，在使用时如果对比度过高[10]，会因为响应速度原因使图像发生模糊，所以在使用时用R2接VCC和R1接地调整对比度；第4脚RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器；第5脚RW为读写信号线，高低电平时分别进行读操作和写操作；第6脚，EN端为使能端,高电平时读取信息，负跳变时执行指令；第7脚与第14脚，D0到D7是8位双向数据端，在LCD的7到14脚与单片机的32到39引脚之间要用到排阻103，P0口做输出口时，只有接上拉电阻才能有高电平输出。；第15脚与第16脚，空脚或背灯电源，15脚背光正极就接VCC，16脚背光负极就接地。 LCD1602与单片机接口电路如图3-7所示。
图3-7 LCD显示电路
3.4 键盘电路模块
因为I/O口足够用，键盘设计采用线性键盘，三个引脚通过按键接地，有程序控制扫描。K2、K3、K4按键分别接到单片机的P10、P11、P12上；K2是设置上下限，按一次显示设置下限，按第二次显示设置上限，按K3进行数值加，按K4进行数值减，以便在超出限制时有报警提示。键盘电路如图3-8所示。
图3-8 键盘电路
3.5 时钟电路
时钟电路如图3-9所示，时钟电路就是振荡电路，在单片机系统的第18、19引脚上外接一个12MHz的晶振，是为了给单片机系统提供工作频率[11]。振荡电路是由两个30pF的电容和一个12MHz的晶振组成，单片机系统的工作周期通过计算是1us。
图3-9时钟电路
3.6 复位电路
系统上电后单片机进入工作状态，开始的=测量工作，如果需要复位，那么按下弹片K1开关，系统再次进入稳定的工作状态，重新开始测量。如果在测量时手指离开过传感器，那么就需要进行复位。C1电容的作用是：上电自动复位作用。复位电路如图3-10所示。
图3-10 复位电路
3.7 报警电路
在单片机的24引脚连接一个蜂鸣器，在测量脉搏的过程中，根据设置的上下限，当脉搏大于上限M次/分钟或小于下限N次/分钟[12]，蜂鸣器进行报警。有时候会因为干扰导致蜂鸣器长时间报警，加一个开关进行控制。三极管的作用：因为从单片机端口输出的信号较小，如果直接接上蜂鸣器，可能会由于电流能力太小，蜂鸣器并不能正常工作，且会不发出声响，所以增加一个三极管对输出信号进行放大，增大功率来驱动蜂鸣器[13]。如图3-11所示。
图3-11报警电路
3.8 电源模块
VCC接一个DC插座，和一个自锁开关S1，使用时用USB电源线接入USB端口，DC插头插入DC插座进行供电。STC89C52RC的工作电压在5V电压下,电源电路图如图3-12所示。
图3-12 电源电路
4 系统软件部分设计
4.1主程序设计
主程序是程序的中心部分，能够调用子程序，系统主程序控制单片机系统按预定的运行，它是单片机系统程序的框架。系统上电后，对系统进行初始化，LCD 显示并打开定时器，进入循环，开始扫描按键程序，再显示出来，再次扫描按键程序，结束程序。程序流程图如图4-1所示。
图4-1 主程序流程图
主程序：
void main() //主函数
{
InitLcd();
Tim_Init();
lcd_1602_word(0x80,16,"Pulse Rate: "); //初始化显示
TR0=1;
TR1=1; //打开定时器
while(1) //进入循环
{
if(Key_Change) //有按键按下并已经得出键值
{
Key_Change=0; //将按键使能变量清零，等待下次按键按下
View_Change=1;
switch(Key_Value) //判断键值
}
if(View_Change)//显示变量
{
View_Change=0;//变量清零
if(stop==0) //脉搏正常时
{
if(View_Data[0]==0x30) //最高位为0时不显示
View_Data[0]=' ';
}
else //脉搏不正常（计数超过5000，也就是两次信号时间超过5s）不显示数据
{
View_Data[0]=' ';
View_Data[1]=' ';
View_Data[2]=' ';
}
switch(View_Con) //显示函数
}
}
}
4.2 中断程序
定时器服务程序，定时器中初始化，定时10ms；有定时中断产生，无信号时返回到定时中断；有信号输入时，Maibo_Con就+1，当Maibo_Con不是大于等于3时，返回到定时中断；当Maibo_Con是大于等于3时，信号输入就保持了30ms，说明是脉搏信号；如果是第一个脉搏信号那么返回到定时中断继续检测第二个脉冲信号；是第二次脉冲信号是就计算两次脉冲信号的时间差，从而得到1分钟的脉搏数；在显示模块上进行显示出来。流程如图4-2所示。
图4-2 中断程序流程图
中断程序：
void Time1() interrupt 3 //定时器1服务函数
{
static uchar Key_Con,Maibo_Con;
TH1=0xd8; //10ms
TL1=0xf0; //重新赋初值
switch(Key_Con) //无按键按下时此值为0
{
case 0: //每10ms扫描此处
{
.................
}
case 1: //10ms后二次进入中断后扫描此处（Key_Con为1）
{
..............
}
case 2: //20ms后检测按键{
.........
}
}
switch (Maibo_Con)//此处与上面按键的检测类似
{
case 0: //默认Maibo_Con是为0的
{
........
}
..........
case 4:
{
...........
}
}
}
4.3 显示模块
开始，声明变量和函数，显示初始化，进行扫描键盘，判断是否有按键按下，有5ms延迟函数，显示内容，LCD1602显示模块如图4-3所示：
图4-3 显示模块流程图
显示子程序：
void lcd_1602_word(uchar Adress_Com,uchar Num_Adat,uchar *Adress_Data)
{
uchar a=0;
uchar Data_Word;
LCD_WriteCom(Adress_Com); //选中地址
for(a=0;a { Data_Word=*Adress_Data; //读取字符串数据 LCD_WriteData(Data_Word); //显示字符串 Adress_Data++; //显示地址加一 } } /***************1602函数*******************/ void LCD_WriteData(uchar LCD_1602_DATA) /********LCD1602数据写入***********/ { delay5ms(); //操作前短暂延时，保证信号稳定 LCD_E=0; LCD_RS=1; LCD_RW=0; _nop_(); LCD_E=1; LCD_DATA=LCD_1602_DATA; LCD_E=0; LCD_RS=0; } /********LCD1602命令写入***********/ void LCD_WriteCom(uchar LCD_1602_COM) { delay5ms();//操作前短暂延时，保证信号稳定 LCD_E=0; LCD_RS=0; LCD_RW=0; _nop_(); LCD_E=1; LCD_DATA=LCD_1602_COM; LCD_E=0; LCD_RS=0; } void InitLcd() //初始化液晶函数{ delay5ms(); delay5ms(); LCD_WriteCom(0x38); //display mode LCD_WriteCom(0x38); //display mode LCD_WriteCom(0x38); //display mode LCD_WriteCom(0x06); //显示光标移动位置LCD_WriteCom(0x0c); //显示开及光标设置LCD_WriteCom(0x01); //显示清屏 delay5ms(); delay5ms(); } 5 脉搏仪测试与结果分析 5.1 程序调试 设计的程序编写使用的是Keil4软件，调试过程如下：在Keil4里面的Project下新建一个项目；在工程文件中新建一个file文件，将程序输入进去后并保存为.c文件，设置时钟脉冲频率为12MHz,在Output下，勾选产生16进制数文件，即.hex文件；对程序进行编译零错误后，就完成了程序的开发，将生成的.hex文件烧写到STC89C52单片机中。程序编译结果如图5-1所示。 图5-1 程序编译结果 5.2 脉搏测量仪原理图调试 在Altium Designer 软件中进行原理图绘制和调试，在元件库里面找到相关器件，在工作界面进行绘制。在完成原理图的连线后，应仔细检查接线是否到位，用Compile进行编译，检查出原理图绘制的错误，修改里面的错误，直到整体电路都符合电气特性。 5.3 脉搏测量仪在Proteus的仿真 绘制完原理图后，按照电路原理图在Proteus Professional软件做仿真图。按照原理图在Proteus Professional中选择相应的电子元件，排布好电子元器件的位置对电路进行连线，连接完后进行检查无误后，将在Keil4中编译生成的.hex文件导入Proteus Professional单片机中对电路进行仿真。仿真图如图5-2所示。 图5-2 仿真图 在本次的原理仿真当中，因为只需要进行单片机处理部分的仿真，所以输入端选择了波形发生器，利用波形发生器产生不相同的频率的方波来取代脉搏波信号。为了测试其性能，将给单片机不同大小频率的方波信号。 5.4 PCB排版布线及硬件焊接 完成调试仿真后按照原理图来完成PCB板的绘制，在Altium Designer软件中绘制的PCB图，将PCB文件发给PCB制作厂家，制作好的PCB如5-3所示。接下来按照原理图将元器件焊接到制作好的电路板上，并完成实物的制作，实物 如图5-4所示。 图5-3 PCB布线 图5-4 脉搏测量仪 5.5 测试数据与结果分析 将焊接好的实物，进行实际的检测，测试方案是：对同一个人同一时间进行不同的方式进行测量。脉搏测量仪是在2s内计算出人体的脉搏数值，如果数值在接下来的几秒内一直变化，那么就要等变化不大时出现的数值时，就是人体1分钟的脉搏次数了；而听诊器测量脉搏的次数则是要用到1分钟，所以在检测中安排了多次检测，部分测试结果如表5-1所示。 表5-1 部分测试结果 从表5-5中结果分析，在实际测量中，用听诊器测量的数据与脉搏测量仪检测到的的数据会出现误差，这个是在检测同一个人的脉搏的实时数据，出现的误差最大为4，最小为0，因为脉搏仪在短时间内就得到了数据，听诊器还要测满1分钟，在这段时间内，会出现人体的生理变化，脉搏会忽慢忽快，导致了误差的产生。可以在表5-5中看出，误差保持在0到4之间，这个误差范围是可以允许的，因此本系统基本达到设计要求。 6 总结与分析 基于单片机的脉搏测量仪系统容易进行操作使用，其响应速度和精度相对较好，应用广泛，具有实际意义。脉搏测量的极为特殊性，比如血脉的振动幅度小，大多数会受到其他信号的干预，造成需要的信号难以采集和获取，或者无法保证 采集获取到的脉搏信号的准确可靠性，而且脉搏信号的处理过程是比较麻烦和复杂的，所以在每个模块的设计中，都应该小心仔细，全面考虑，确保每一部分电路的正确性。系统可工作在直流电压为5V伏左右，工作电流为100mA左右；系统在通电后，将手指放在红外传感器上，等待测试2s到5s可检测到人体的信号，并在液晶屏上显示出来。这次设计因为时间比较紧，还有就是本人掌握的知识有限，在本次设计中存在很多不足，而且系统的测试能力有限。本设计的整体设计方案相对于以前已有的设计来说，改进和提高的幅度也不是很大，有一定的局限性。 现如今电子器件的日新月异，在设计各个电路模块时，能有更为方便或者成熟准确的方法来实现，这对于提升脉搏测量仪的精确性和效率有很大的意义。脉搏测量仪在医疗科学市场是有着对人体健康意义和商业效益的电子医疗器件，相信在科技发达的今后脉搏仪会越来越先进，为现在这个世纪里同胞的健康标准和医学领域里面针对许多心血管类疾病的防治，做出当代大学生对社会的进步的一份小小的贡献。 参考文献 [1] 朱国富,廖明涛,王博亮.基于STC89C52的人体脉搏检测仪设计袖珍式脉搏波测量仪[J].电子技术应用,1998,(1):1-3. 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[15] 刘文涛.单片机应用开发实例[M].北京:清华大学出版社,2005.9. 于单片机的脉搏测量仪的设计 摘要 脉搏波所呈现出来的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息，能反映出人体心血系统中许多生理疾病的血流特征。根据人体脉搏信号特征，本论文设计了一种基于单片机的脉搏测量系统。 系统采用红外发射与接收二极管充当脉搏传感器来采集脉搏信号。首先将采集到的信号通过低通滤波与放大电路对脉搏信号进行处理，然后，将放大的脉搏信号通过整形电路进行电压基准变化，在经过一次放大电路对整形后的脉搏信号进行放大，将信号转换为AT89S52单片机易于处理的脉冲信号。通过单片机编程对脉冲信号进行处理，测量出一分钟内的脉搏次数，最终在数码管中直观的显示出来。 为了节省时间，一般不会作一分钟的测量，通常是测量10秒钟时间内的脉搏数，再把结果乘以6即得到每分钟的脉搏数。发光二极管可以通过发光的形式显示脉搏的跳动。 关键词：脉搏测量仪；AT89S52；LED；信号处理 目录 引言 (1) 第1章绪论 (2) 1.1 脉搏测量仪介绍 (2) 1.2脉搏测量仪的应用 (2) 第2章主要器件介绍 (3) 2.1 单片机的选择 (3) 2.1.1 AT89S52简介 (3) 2.1.2 AT89S52特点.................................................................................................... . (3) 2.1.3 AT89S52引脚功能说明 (4) 2.2 传感器的选择 (6) 2.2.1 红外发光二极管简介 (6) 2.2.2光敏三极管简介 (7) 2.3 驱动芯片的选择 (7) 2.3.1 74LS245简介 (7) 2.3.2 74LS04简介 (8) 2.4 显示器的选择 (9) 2.4.1 三位共阳八段数码管简介 (9) 2.4.2 八段数码管字形表 (9) 第3章系统硬件设计 (10) 3.1 设计原理 (10) 3.2 外围电路 (10) 3.2.1 电源电路...................................... 错误！未定义书签。 3.2.2 复位电路 (11) 3.2.3 晶振电路 (12) 3.2.4 脉搏信号采集放大电路.......................... 错误！未定义书签。 3.2.5 LED显示电路.................................. 错误！未定义书签。第4章系统软件设计.. (14) 第5章软件调试及仿真 (15) 5.1 软件编译......................................................................................... 错误！未定义书签。 5.2单片机的选择 (17) 5.3系统仿真测试 (16) 结论 (18) 参考文献 (19) 致谢 (20) 附录一 (20) 附录二 (21) 摘要 接口实验报告 题目：脉搏波体温自动采集系统院（系）：电子工程与自动化学院 专业：仪器仪表工程 学生姓名： 学号： 指导老师：李智 职称：教授 20 年8月28日 I 摘要 本文介绍了一种基于51单片机的心率体温采集系统。首先介绍了51系列单片机的内部相关配置、工作原理以及编程方法，其次介绍了温度传感器PT100的相关测温方法以及通过红外光电传感器TCRT5000对射的方法来抓取人体脉搏信号。此次设计的电路部分主要包括：传感测量电路、放大电路、滤波整形电路、AD转换电路、控制电路、电源供电电路等。上位机为通过VC编程界面。通过上位机按键控制，将PT100及TCRT5000输入的微弱信号进行放大整形，最后AD采集转换传送给单片机，在上位机界面上显示相关体温及心率信息。 本次硬件设计基于比较稳定可行、低成本的设计思想，软件设计采用模块化的设计方法，并且详细分析了红外传感器TCRT5000应用于心率测量上以及PT100应用于温度测量上的原理及优点，阐述了其他各配合电路的组成与工作特点，并且通过仿真进行电路的可行性验证，最后完成实物电路的设计，使得本次课题的预期结果得以实现。 关键词：51单片机；传感器；仿真；AD转换 Abstract Abstract This paper introduced a heart rate and body temperature acquisition system that based on 51 single chip microcomputer. First the internal configurations of 51 single chip microcomputer are introduced. And the paper also tell how 51 single chip microcomputer works and how can we program on it. Then the method of using temperature sensor PT100 to get body temperature is introduced, and we use infrared photoelectric sensor TCRT5000 to get the pulse signal of human body.The design of the circuit mainly comprises sensing circuit, amplifying circuit, filtering and shaping circuit, AD converting circuit, counting and displaying circuit, controlling circuit, power supplying circuit and so on. When the keyboard is pressed, the system starts to get signal. The small signal from PT100 and TCRT5000 will be amplified and shaped. Then ad converter will change the analog signal into digital signal and send to 51 single chip microcomputer. At last LCD1602 will display the information of body temperature and heart rate. Keywords: Piezoelectric sensors；control circuit；counters；Multisim2001 simulation software control circuit. III 本科毕业设计 （ 论文） 开题报告 题目： 基于单片机的脉搏测量仪 的设计 课 题 类 型：设计丁实验研究□论文口 学 生 姓 名： 学 号： 专 业 班 级： 学 院： 信息工程学院 指 导 教 师： 开 题 时 间 年月日 开题报告内容与要求 一、毕业设计（论文）内容及研究意义（价值） 随着科技发展的不断提高， 生命科学和信息科学的结合越来越紧密， 出现了各种新 颖 的脉搏测量仪器，特别是电子脉搏仪的出现，使脉搏测量变得非常方便。 脉诊在我 国已具有 2600 多年临床实践，是我国传统中医的精髓，但祖国传统医学采用“望、闻、问、切”的手段进行病情诊断，受人为的影响因素较大，测量精度不高。科技的创新，脉搏测试不再局限于传统的人工测试法或听诊器测试法，脉搏测量可利用电子仪器测量出精度更就的数据。人体脉搏信号中包含丰富的生理信息，也逐渐引起了临床医生的很大兴趣，达到了方便、快捷、准确的测量脉搏的目的。随着电子测量技术的迅速发展，现代电子测量仪器以极快的速度向数字化、自动化的方向发展。制成的脉搏测量仪器性能良好，结构简单，有较好的应用和推广价值。 脉搏测量仪的设计，必须是通过采集人体脉搏变化引起的一些生物信号，然后把生物信号转化为物理信号，使得这些变化的物理信号能够表达人体的脉搏变化，最后要得出每分钟的脉搏次数，就需要通过相应的硬件电路及芯片来处理物理变化并存储脉搏次数。在硬件设计中一般的物理信号就是电压变化。本系统的组成包括传感器、信号处理、单片机电路、显示电路、键盘输入等部分。 二、毕业设计（论文）研究现状和发展趋势（文献综述） 随着科学技术的发展，脉搏测量技术也越来越先进，对脉搏的测量精度也越来越高，国内外先后研制了不同类型的脉搏测量仪，脉搏测试不再局限于传统的人工测试法或听诊器测试法，脉搏测量可利用电子仪器测量出精度更就的数据。人体脉搏信号中包含丰富的生理信息，也逐渐引起了临床医生的很大兴趣，达到了方便、快捷、准确在测量脉搏的目的。随着电子测量技术的迅速发展，现代电子测量仪器以极快的速度向数字化、自动化的方向发展。制成的脉搏测量仪器性能良好，结构简单，有较好的应用和推广价值。而其中关键是对脉搏传感器的研究。起初用于体育测量的脉搏测试集中在对接触式传感器的研究，利用此类传感器所研制的指脉、耳脉等测量仪各有其优缺点。指脉测量比较方便、简单，但因为手指上的汗腺较多，指夹常年使用，污染可能会使测量灵敏度下降：耳脉测量比较干净，传感器使用环境污染少，容易维护。但因耳脉较弱，尤其是当季节变化时，所测信号受环境温度影响明显，造成测量结果不准确。过去在医院临床监护和日常中老年保健中出现的日常监护仪器，如便携式电子血压计，可以完成脉搏的测量,但是这种便携式电子血压计利用微型气泵加压橡胶气囊，每次测量都需要一个加压和减压的过程，存在体积庞大、加减压过程会有不适、脉搏检测的精确度低等缺点。 脉搏测量仪的发展主要向以下几个趋势发展： （1）自动测量脉搏并且对所得到的脉搏进行自动分析。目前很多脉搏测量仪都具有检测 目录 摘要 (3) 英文摘要 (3) 1 引言 (4) 1.1 心率计的研究背景和意义 (4) 1.2 心率计的研究现状及发展动态 (4) 2 方案论证及元器件选择 (5) 2.1 研究内容及设计指标 (5) 2.2 方案设计与论证 (5) 2.2.1 传感器的选择与论证 (5) 2.2.2 信号处理方案选择和论证 (7) 2.2.3 单片机系统选择和论证 (8) 2.2.4 显示模块选择和论证 (9) 2.3元器件选择及其功能介绍 (9) 2.3.1单片机AT89S52 (9) 2.3.2红外传感器 (11) 2.3.3双运算放大器LM358N (11) 2.3.4 LCD12864 (12) 3 硬件系统设计 (13) 3.1 系统设计框图 (13) 3.2 信号采集电路 (14) 3.3 信号放大电路 (15) 3.3.1一级信号放大电路 (15) 3.3.2 电源模块设计 (16) 3.4 信号比较电路 (17) 3.5 LCD显示电路 (18) 3.6 记忆电路 (18) 3.7 键盘电路 (19) 4 软件设计 (19) 4.1 测量计算原理 (20) 4.2 主程序流程图 (20) 4.3 中断程序流程图 (21) 4.4 定时器T0，T1的中断服务程序 (21) 5 系统测试与结果分析 (22) 5.1 测试方法和仪器 (22) 5.2 仿真与焊接阶段 (23) 5.2.1 仿真阶段 (23) 5.2.2 焊接与完成阶段 (23) 5.3 测试数据与结果分析 (25) 5.3.1测量结果与分析 (25) 5.3.2几种主要系统干扰和影响 (27) 结束语 (28) 参考文献 (29) 附录一：心率计电路图 附录二：部分程序 摘要 本文介绍了一种基于51单片机的心率体温采集系统。首先介绍了51系列单片机的内部相关配置、工作原理以及编程方法，其次介绍了温度传感器PT100的相关测温方法以及通过红外光电传感器TCRT5000对射的方法来抓取人体脉搏信号。此次设计的电路部分主要包括：传感测量电路、放大电路、滤波整形电路、AD转换电路、计数显示电路、控制电路、电源供电电路等。通过按键开始测试，将PT100及TCRT5000输入的微弱信号进行放大整形，最后AD采集转换传送给单片机，在LCD1602上显示相关体温及心率信息。 本次硬件设计基于比较稳定可行、低成本的设计思想，软件设计采用模块化的设计方法，并且详细分析了红外传感器TCRT5000应用于心率测量上以及PT100应用于温度测量上的原理及优点，阐述了其他各配合电路的组成与工作特点，并且通过仿真进行电路的可行性验证，最后完成实物电路的设计，使得本次课题的预期结果得以实现。 关键词：51单片机；传感器；仿真；AD转换 -I Abstract This paper introduced a heart rate and body temperature acquisition system that based on 51 single chip microcomputer. First the internal configurations of 51 single chip microcomputer are introduced. And the paper also tell how 51 single chip microcomputer works and how can we program on it. Then the method of using temperature sensor PT100 to get body temperature is introduced, and we use infrared photoelectric sensor TCRT5000 to get the pulse signal of human body.The design of the circuit mainly comprises sensing circuit , amplifying circuit, filtering and shaping circuit, AD converting circuit, counting and displaying circuit, controlling circuit, power supplying circuit and so on. When the keyboard is pressed, the system starts to get signal. The small signal from PT100 and TCRT5000 will be amplified and shaped. Then ad converter will change the analog signal into digital signal and send to 51 single chip microcomputer . At last LCD1602 will display the information of body temperature and heart rate. Keywords: Piezoelectric sensors；control circuit；counters；Multisim2001 simulation software control circuit. -II 选题的目的和意义： 在中医四诊(望、闻、问、切)中，脉诊具有非常重要的位置。它是我国传统医学中最具特色的一项诊断方法，历史悠久，内容丰富，是中医“整体观念”、“辨证论证”基本精神的体现与应用。医院的护士每天都要给住院的病人把脉记录病人每分钟心跳数，方法是用听诊器放在胸口处，根据心脏的跳动进行计数。为了节省时间，一般不会作1分钟的测量，通常是测量10秒内的心跳数，再把结果乘以6得到每分钟的心跳数，这样做还是比较费时，而且精度也不高。为了更方便以及更精确地反应出心率地正常与否，人类发明出了脉搏计。大大的翻遍了人类对于心脏类疾病的预防和治疗。脉搏波所呈现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)和节律(周期)等方面的综合信息，在很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征,因此对脉搏波采集和处理具有很高的医学价值和应用前景。 国内外对本课题涉及问题的研究现状： 脉搏测量仪日常生活中已经得到了非常广泛的应用。早在1860年Vierordt 创建了第一台杠杆式脉搏描记仪，五十年代末，有人研制出以酒石酸钾钠压电晶片为换能器的脉搏描在我们的记器，将中医寸、关、尺的脉搏，通过换能器转换为电能加以放大描记，初步确定了中医弦脉、滑脉、平脉等的特征图形，1959年，进行高血压弦脉及其机制的研究。 六十年代初研制的“20型三线脉象仪”，首次实现了寸、关、尺三部切脉国内20世纪50年代初朱颜将脉搏仪引用到中医脉诊的客观化研究方面。此后随着机械及电子技术的发展，国内外在研制中医脉象仪方面进展很快，尤其是70年代中期，国内天津、上海、江西等地相继成立了跨学科的脉象研究协作组，多学科共同合作促使中医脉象研究工作进入了一个新的境界。脉象探头式样很多，有单部、三部、单点、多点、刚性接触式、软性接触式、气压式、硅杯式、液态汞、液态水等多种形式。目前脉搏测量仪在多个领域被广泛应用，除了应用于医学领域，如无创心血管功能检测、妊高症检测、中医脉象、脉率检测等等，商业应用也不断拓展，如运动、健身器材中的心率测试都用到了技术先进的脉搏测量仪。压力的任意调节和客观定量测定，以及与指感基本一致的压力脉象波型的描记。该仪器在临床试用取得大量的实验数据。之后，全国各地陆续研制出各种不同换能器（如半导体硅应变片换能器，电感式压力换能器，电阻抗式换能器）的脉象仪，不断提高换能器的灵敏度，精确度，并改进探头的造型。近年来有些单位还将声像图仪、频谱分析应用于中医脉象研究。七十年代初，中国医学科学院分院利用电子学的新进展，研制出性能较好的脉搏图机，所描记的脉搏图能反映出十余种脉象。为用脉搏图形识别这些脉搏打下了初步基础。七十年代末北京中医学院采用测量脉搏图参数，进行系统分析，来描述弦、滑、细、平等脉象的脉搏图特征，从定性推进到定量。八十年代初魏韧提出多因素脉图识别法，将切脉时医师的应指感觉分解为八种成分，其不同组合构成各种脉象。还研制出MTY-A型脉图仪，在传统的波形图外尚可描记各种取脉压力下的脉搏幅度趋势图及脉管粗细图，认为可综合上述八种指感成分，因而能反映出所有各种脉象。几乎世界上所有的民族都用过"摸脉"作为诊断疾病的手段。脉搏波所呈现出的形态(波形)、强度(波 意义：医院的护士每天都要给住院的病人把脉记录病人每分钟脉搏数，方法是用手按在病人腕部的动脉上，根据脉搏的跳动进行计数。为了节省时间，一般不会作1分钟的测量，通常是测量10秒钟时间内心跳的数，再把结果乘以6即得到每分钟的心跳数，即使这样做还是比较费时，而且精度也不高。而该系统以AT89C51单片机为核心，以红外发光二极管和光敏三极管为传感器，并利用单片机系统内部定时器来计算时间，由光敏三极管感应产生脉冲，单片机通过对脉冲累加得到脉搏跳动次数，时间由定时器定时而得。系统运行中能显示脉搏次数和时间，系统停止运行时，能够显示总的脉搏次数和时间。 目的：实现脉搏波的实时存储并可实现与上位机( PC 机) 的实时通讯,作为多参数病人中心监护系统的一个模块完成心率检测和脉搏波形显示。 2.1 光电脉搏测量仪的结构 光电脉搏测量仪是利用光电传感器作为变换原件，把采集到的用于检测脉搏跳动的红外光转换成电信号，用电子仪表进行测量和显示的装置。本系统的组成包括光电传感器、信号处理、单片机电路、数码显示、电源等部分。 1．光电传感器 即将非电量(红外光)转换成电量的转换元件，它由红外发射二极管和接收三极管组成，它可以将接收到的红外光按一定的函数关系(通常是线性关系)转换成便于测量的物理量(如电压、电流或频率等)输出。 2．信号处理 即处理光电传感器采集到的低频信号的模拟电路(包括放大、滤波、整形等)。 3. 单片机电路 即利用单片机自身的定时中断计数功能对输入的脉冲电平进行运算得出心率（包括 AT89C51、外部晶振、外部中断等）。 4．数码显示 即把单片机计算得出的结果用8位LED数码管静态扫描来显示，便于直接准确无误的读出数据。 5. 电源 即向光电传感器、信号处理、单片机提供的电源，可以是5V-9V的交流或直流的稳压电源。 #include "STC12C5A.h" #include "SMG.h" #define FSOC 24000000L #define T1MS (65536-FSOC/12/1000) sbit LED0 = P0^0; unsigned int count=0;计时标志数 unsigned int xinlv=0;心率计算器 unsigned char seg[10] = {0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6}; sbit HC595_RST = P0^6; sbit HC595_SCK = P0^4; sbit HC595_RCK = P0^5; sbit HC595_DAT = P0^7; 外部中断代码void Exti0_Init() { IT0 = 1; //下降沿触发 TCON.0=1 EX0 = 1; //开外部中断0 IE.0=1 EA = 1; //开总中断 } void Exit0_ISR() interrupt 0 { Xinlv++; LED0=0; delay_ms(2); LED0=1; } 定时器代码void Timer0_Init() { TMOD = 0x01; TR0 = 1; //16位定时器工作方式 TH0 = T1MS>>8; TL0 = T1MS; ET0 = 1; //打开定时器0中断 EA = 1; //打开总中断 } void Timer0_ISR() interrupt 1 { unsigned int temp; count++; TH0 = T1MS>>8; TL0 = T1MS; if(count=5000) temp=Xinlv; for{} SMG_Display(temp); } 基于单片机的心率设计设计 毕业设计（论文）题目心率监测系统设计 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期： 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日 基于单片机的心率计设计 摘要 心率是指单位时间内心脏搏动的次数，包含了许多重要的生理、病理信息，特别是与心脑血管相关的信息，是生物医学检测中一个重要的生理指标，也是临床常规诊断的生理指标；因此迅速准确地测量心率便显得尤为重要。随着医疗水平和人们生活水平的提高，快速、准确、便携式心率计便成为一种新的发展趋势，同时伴随着单片机技术的发展，基于单片机的便携式心率计便不失为一个好的选择。 本心率计共有三大部分，分别为：传感器部分、信号处理部分、单片机控制部分。传感器部分采用光电式传感器实现对信号采集；信号处理部分则采用放大、滤波、波形变换等方法实现信号的有效处理；而单片机部分则实现对心率的计数和显示功能。通过这三部分的有效组合初步实现对人体心率的一个有效计数。 信号采集采用光电式传感器通过对手指末端透光度的监测，实现信号的采集；信号放大则采用四运放运算放大器LM324，波形变换采用555定时器构成反向施密特触发器；单片机控制模块则采用AT89C51微处理器和相关元器件通过C语言编程实现计数和显示功能。 关键词：心率，光电式传感器，信号处理，AT89C51 DESIGN OF HEART RATE METER BASED ON MCU ABSTRACT Heart rate is refering to the number in unit time of the heart beating, contains many important physiological and pathological information, especially information associated with cardiovascular, biomedical detection an important physiological indexes, and routine clinical diagnosis of physiological indexes; so quickly and accurately measuring heart rate appears to be particularly important. With the improvement of medical level and people's living standards, rapid, accurate and portable heart rate meter has become a new trend, accompanied by the development of SCM technology, will not be regarded as a good choice of meter based on microcontroller portable heart rate. Heart rate meter consists of three parts, respectively: sensor part, signal processing part, MCU control part. Part of the sensor using photoelectric sensor achieved the signal of the signal acquisition; signal processing part uses the amplification, filtering, waveform transform method to effectively d eal with; and part of SCM is to achieve counting on heart rate and display function. Through the effective combination of these three parts, an effective count of human heart rate is realized.. Signals were collected using photoelectric sensor through the monitoring of the degree of light at the end of a finger, to realize the signal acquisition; signal amplification four operational amplifier LM324 operational amplifier is used, the waveform transform the 555 timer constitute reverse Schmitt trigger; MCU control module is used AT89C51 microprocessor and related components by C language programming counting and display function. KEY WORDS: heart rate, sensor photoelectric, signal processing, AT89C51 龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/d812961550.html, 基于单片机的脉搏测试仪的设计 作者：刘莹李娜冯暖 来源：《中小企业管理与科技·下旬》2011年第01期 摘要：人体脉搏波包含了许多重要的生理和病理信息，尤其是与人体心血管系统相关的信息，所以它是生物医学检测中的一个重要的生理指标。中外医学对脉搏的研究都很重视。因此，对脉搏波的准确、快速而方便地检测，成为临床医学中的一个非常重要的研究方向。而高质量脉搏信号的获取和有效的脉搏信号处理方法对与疾病相关的参数的计算分析起着决定性的作用。这里介绍的智能人体心率检测装置可以实现人体指端的无创测量，测试过程简单，能精确测量出心跳次数，实现数据显示上、下限报警功能。 关键词：单片机脉搏测试仪 1 装置组成及工作原理 此设计以单片机AT89C2051为核心，由光电传感器采集脉搏信号，经过前置放大电路、滤波电路、积分和比较电路后得到与脉搏相关的脉冲信号，该脉冲信号作为中断信号交由单片机进行脉冲周期的计算。然后得出每分钟的脉搏搏动次数(即心率)，并在数码管上显示心率，同时利用软件实现上下限报警功能，在测量数据超过正常范围(如大于180次/min或小于45次/min)时进行报警以提醒医生注意。 2 装置硬件电路设计 2.1 传感器及信号处理电路 由于在人体指尖组织中的动脉成分含量高，而且指尖厚度相对其他人体组织而言比较薄，透过手指后检测到的光强相对较大，因此光电式脉搏传感器的测量部位在人体指尖。将一对红外发射与接收探头置于手指两侧，当动脉血管随心脏周期性的收缩和舒张，动脉血管的血液容积随之发生变化时，红外接收探头便接收到随心脏周期性地收缩和舒张的动脉搏动光脉冲信号，从而采集到心脏搏动信号。 检测心率的传感器采用红外对管HRl068C-05Y2和PT331C。由于从人体手指采集到的生理信号十分微弱，其幅度一般在微伏到毫伏的数量级范围，而且在测试过程中由于肢体动作以及较强的工频干扰而产生大量的噪声。同时要将采集到的脉搏信号经过前置级放大电路进行高倍放大，这就要求电路具有高增益和高共模抑制比，至少在80dB以上，即集成运放要有很高的共模抑制比和极低的零漂等，所选的电阻参数要尽量精确。放大电路由电阻网络和OP07组成。 由于内外噪声及50Hz工频干扰等因素，即使电路具有很高的共模抑制比，但是脉搏信号非常微弱，淹没在于扰信号中，由于脉搏信号主峰频率在1Hz左右，能量较强的分量也在 目录 摘要 (3) 英文摘要 (3) 1 引言 (4) 1.1 心率计的研究背景和意义 (4) 1.2 心率计的研究现状及发展动态 (4) 2 方案论证及元器件选择 (5) 2.1 研究内容及设计指标 (5) 2.2 方案设计与论证 (5) 2.2.1 传感器的选择与论证 (5) 2.2.2 信号处理方案选择和论证 (7) 2.2.3 单片机系统选择和论证 (8) 2.2.4 显示模块选择和论证 (9) 2.3元器件选择及其功能介绍 (9) 2.3.1单片机AT89S52 (9) 2.3.2红外传感器 (11) 2.3.3双运算放大器LM358N (11) 2.3.4 LCD12864 (12) 3 硬件系统设计 (13) 3.1 系统设计框图 (13) 3.2 信号采集电路 (14) 3.3 信号放大电路 (15) 3.3.1一级信号放大电路 (15) 3.3.2 电源模块设计 (16) 3.4 信号比较电路 (17) 3.5 LCD显示电路 (18) 3.6 记忆电路 (18) 3.7 键盘电路 (19) 4 软件设计 (19) 4.1 测量计算原理 (20) 4.2 主程序流程图 (20) 4.3 中断程序流程图 (21) 4.4 定时器T0，T1的中断服务程序 (21) 5 系统测试与结果分析 (22) 5.1 测试方法和仪器 (22) 5.2 仿真与焊接阶段 (23) 5.2.1 仿真阶段 (23) 5.2.2 焊接与完成阶段 (23) 5.3 测试数据与结果分析 (25) 5.3.1测量结果与分析 (25) 5.3.2几种主要系统干扰和影响 (27) 结束语 (28) 参考文献 (29) 附录一：心率计电路图 附录二：部分程序 基于51单片机的脉搏测量仪 摘要：脉搏心率测量仪在我们的日常生活中已经得到了非常广泛的应用。为了提高脉搏心率测量仪的简便性和精确度，本课题设计了一种基于51单片机的脉搏心率测量仪。系统以STC89C51单片机为核心，以红外反射式传感器ST188为检测原件，并利用单片机系统部定时器来计算时间，由红外反射式传感器 ST188感应产生脉冲，单片机通过对脉冲累加得到脉搏心率跳动次数，时间由定时器定时而得。系统运行中能显示脉搏心率次数和时间，系统停止运行时，能够显示总的脉搏心率次数和时间。经测试，系统工作正常，达到设计要求。 关键词：脉搏心率测量仪；STC89C51单片机；红外反射式传感器 一脉搏心率测量仪系统结构 脉搏心率测量仪的设计，必须是通过采集人体脉搏心率变化引起的一些生物信号，然后把生物信号转化为物理信号，使得这些变化的物理信号能够表达人体的脉搏心率变化，最后要得出每分钟的脉搏心率次数，就需要通过相应的硬件电路及芯片来处理物理变化并存储脉搏心率次数。在硬件设计中一般的物理信号就是电压变化。 1.1 光电脉搏心率测量仪的结构 光电脉搏心率测量仪是利用光电传感器作为变换原件，把采集到的用于检测脉搏心率跳动的红外光转换成电信号，用电子仪表进行测量和显示的装置。本系统的组成包括光电传感器、信号处理、单片机电路、数码管显示电路、电源等部 分。 1．光电传感器 即将非电量(红外光)转换成电量的转换元件，它由红外发射二极管和红外接收三极管组成，它可以将接收到的红外光按一定的函数关系(通常是线性关系)转换成便于测量的物理量(如电压、电流或频率等)输出。 2．信号处理 即处理光电传感器采集到的低频信号的模拟电路(包括放大、滤波、整形等)。 3. 单片机电路 即利用单片机自身的定时中断计数功能对输入的脉冲电平进行运算得出心率（包括STC89C51、外部晶振、外部中断等）。 4．数码管显示电路 即把单片机计算得出的结果用四位一体数码管显示出来。 5. 电源 即向光电传感器、信号处理、单片机提供的电源，采用直流5V电源供电。 1.2工作原理 本设计采用单片机STC89C51为控制核心，实现脉搏心率测量仪的基本测量功能。脉搏心率测量仪硬件框图如下图2.1 所示： 大连民族学院机电信息工程学院 自动化系 单片机系统课程设计报告 题目：脉搏测量仪设计 专业：自动化 班级：自动化103 学生姓名：王宏刚，勾延伟，金文杰 指导教师：陈晓云，张秀春 设计完成日期：2012年11月28日 目录 1任务分析和性能指标 (1) 1.1任务分析 (1) 1.2性能指标 (1) 2总体方案设计 (2) 2.1硬件方案 (2) 2.1.1传感器 (2) 2.1.2 信号处理 (2) 2.1.3 单片机 (2) 2.1.4 电源 (2) 2.2软件方案 (2) 3硬件设计与实现 (4) 3.1前置放大电路 (4) 3.2二阶有源滤波电路 (4) 3.3波形整形电路 (5) 3.4单片机接口电路 (6) 4软件设计与实现 (7) 4.1主程序 (7) 5 调试及性能分析 (8) 5.1调试分析 (8) 总结 (9) 参考文献 (10) 附录1 元器件清单 (11) 附录2 调试系统照片 (12) 附录3源代码 (13) 1任务分析和性能指标 1.1任务分析 医院的护士每天都要给住院的病人把脉记录病人每分钟脉搏数，方法是用手按在病人腕部的动脉上，根据脉搏的跳动进行计数。为了节省时间，一般不会作1分钟的测量，通常是测量10秒钟时间内心跳的数，再把结果乘以6即得到每分钟的心跳数，即使这样做还是比较费时，而且精度也不高。为了提高脉搏测量的精确与速度，多种脉搏测量仪被运用到医学上来，从而开辟了一条全新的医学诊断方法。 随着科学技术的发展，脉搏测量技术也越来越先进，对脉搏的测量精度也越来越高，国内外先后研制了不同类型的脉搏测量仪，而其中关键是对脉搏传感器的研究。 动态微压传感器是一种高性能、低成本的压电式小型压力传感器，产品采用压电薄膜作为换能材料，动态压力信号通过薄膜变成电荷量，在经传感器内部放大电路转换成电压输出。该传感器具有灵敏度高，抗过载及冲击波能力强，抗干扰性好、操作简便、体积小、重量轻、成本低等特点，广泛应用于医疗、工业控制、交通、安全防卫等领域。但人体的生物信号多属于强噪声背景下的低频的弱信号, 脉搏波信号更是低频微弱的非电生理信号,因此必需经过放大和后级滤波以满足采集的要求。 1.2性能指标 系统能准确测量人的脉搏次数，一分钟误差不超过1次，有直观的显示系统。系统要求有自己设计电路部分。 东北石油大学课程设计 2013年7 月7 日 东北石油大学课程设计任务书 课程：单片机的控制系统课程设计 题目：基于单片机的脉搏测量器设计 专业：自动化姓名：学号：1006011401 主要内容、基本要求、主要参考资料等 主要内容： 基于单片机的脉搏测量器设计，主要内容如下： 1、要求通过手指测量脉搏跳动； 2、准确测量出1分钟内脉搏跳动的次数； 3、通过数码管显示出1分钟内脉搏跳动的次数； 4、通过发光二极管显示脉搏的跳动。 基本要求： 1、熟悉51系列单片机系统的基本构成和工作原理。 2、设计并实现具有复位功能的单片机最小系统。 3、掌握51系列单片机I/O、定时器等操作方法。 4、掌握单片机的一般编程技巧。 参考资料： 1、张毅刚．单片机原理及应用[M].北京：高等教育出版社,2010. 2、蔡美琴．MCS-51系列单片机系统及其应用[M].北京：高等教育出版社,2004. 3、朱国富，廖明涛，王博亮.袖珍式脉搏波测量仪[J].电子技术应用.1998年.第1期. 4、刘云丽，徐可欣等.微功耗光电式脉搏测量仪[J].电子测量技术.2005年.第2期. 5、程咏梅，夏雅琴，尚岚.人体脉搏波信号检测系统[J].北京生物医学工程.2006年.第 25卷 完成期限2013-7-7 指导教师 专业负责人 2013年6月28日 目录 第1章绪论 0 第2章系统结构及主要元器件 0 2.1 系统结构 0 2.2 元器件清单 0 2.3 单片机AT89S52功能介绍 0 2.4 半导体发光二极管工作原理、特性及应用 (3) 第3章硬件设计 (4) 3.1 单片机复位电路设计 (5) 3.2 单片机晶振电路设计 (5) 3.3 红外发射和接收电路的设计 (6) 3.4 7SEG-MPX4-CC与单片机接口电路 (7) 3.5 电路原理图 (8) 第4章软件设计 (9) 4.1 程序流程图 (10) 4.2 程序清单 (10) 第5章系统仿真及调试 (12) 5.1系统Proteus仿真图 (12) 结论 (14) 参考文献 (15) #include 基于单片机的脉搏测量仪的设计
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