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
目录
前言 (1)
第一章系统设计的整体构思 (3)
第二章各元器件介绍 (4)
§2.1 LM324 (4)
§2.1.1 LM324简述 (4)
§2.1.2 LM324主要特点 (4)
§2.1.3 LM324引脚图 (5)
§2.2 555定时器 (5)
§2.3 单片机型号介绍 (6)
§2.3.1 单片机简介 (6)
§2.3.2 51子系列的主要功能 (7)
§2.3.3 AT89C51引脚 (7)
§2.4 74HC245 (9)
§2.4.1 74HC245简述 (9)
§2.4.2 74HC245的特点 (9)
§2.4.3 74HC245引脚 (10)
§2.5 74LS138 (10)
§2.5.1 74LS138简述 (10)
§2.5.2 74LS138主要特性 (10)
§2.5.3 74LS138引脚图 (11)
第三章软件介绍 (12)
§3.1 KeilC51高级语言集成开发环境—uVision4 IDE (12)
§3.1.1 KeilC51简介 (12)
§3.1.2 uVision4 IDE集成开发环境 (12)
§3.1.3 uVision4 IDE仿真过程 (13)
§3.2 Proteus (14)
§3.2.1 Proteus简述 (14)
§3.2.2 Proteus主界面 (15)
§3.2.3 电路图仿真 (15)
第四章电路原理及仿真电路 (17)
§4.1 光电式传感器 (17)
§4.2 前置放大器 (19)
§4.3 滤波电路 (19)
§4.4 后置放大电路 (20)
§4.5 波形变换 (21)
第五章软件的设计 (23)
§5.1 设计原理 (23)
§5.1.1 定时原理 (23)
§5.1.2 计数原理 (24)
§5.2 软件设计的流程图 (24)
§5.3 LED显示电路 (26)
第六章系统的检测 (28)
第七章误差分析 (29)
结论 (30)
参考文献 (32)
致谢 (34)
附录 (35)
前言
心率是指单位时间内心脏搏动的次数，与脉搏跳动频率基本是一致的。由于受年龄、性别及其它生理因素的影响，心率也有不同的衡量标准:3岁以下的小孩常在100次/分以上，初生儿的心率更快，可达130次/分以上；在成年人中正常的心率为60～100次/分，大多数为60～80次/分，而且这一年龄段女性的心率一般比男性稍快；老年人的心率偏慢。即使是同一个人，在安静或睡眠状态下心率较慢，而在运动或情绪激动时心率则会加快，另外在某些药物或神经体液因素的影响下，心率会出现短暂的加快或减慢的症状；而对于经常进行体力劳动和体育锻炼的人来说，平时心率则比较缓慢。
婴幼儿超过150次/分或成年人心率超过100次/分称为窦性心律过速。婴儿常出现症状为发热、休克、贫血、甲亢、心力衰竭等；而成年人除此之外还常见于运动、兴奋、激动、饮酒等。心率低于60次/分称为窦性心动过缓，常出现胸闷、气短等症状。心率过快超过160次/分或过慢低于40次/分，则多表现为心脏病病人，常有心悸、胸闷、心前区不适等症状。因此说心率作为临床测量的重要生理参数，其主要意义在于：
1、心率的变化直接反应人体的健康状况。对于老年人和病危的患者来说尤为重要，一单发生意外可以第一时间发现从而及时的进行救治，挽救病人的生命；特别对于心脑血管疾病的病人来说相当重要。由于心率包含着与人体心脑血管系统密切相关的信息，因此利用心率计及时的发现相关的病情状况，做到及时救治从而降低心脑血管疾病的发病率和死亡率，有效的减轻心脑血管疾病带来的社会和家庭负担[1]。近年来，伴随着快节奏、高压力的生活氛围，心脑血管疾病的发病率呈上升趋势，这对心率计的发展既是一个要求也是一个机遇。
2、心率与运动强度密切相关，通过心率监测及时的调整运动强度和运动方式，使运动更加系统化和科学化，从而达到运动的最佳效果。目前市场上比较流行的测心率的仪器是心率手环和心率手表，它们的出现，让我们远离了传统心率带产生的束缚、划伤、勒痕等诸多不适感，以及信号不稳造成的监测数据不准确等烦恼。例如MIO FUSE手环，它采用超级光电感应技术持续测量心率，内置加速传感器监测，可以精准测量步数，它卓越的数字滤波
技术和精准的监测技术，使其能够按照真实的心率及时的反应心率变化。
随着科学技术的发展，通过对脉搏波的检测来评价动脉壁的扩张性和软硬度已经得到广泛应用。凭借操作简单、无创伤等优势广泛应用于流行病学等方面的研究中，也正是由于这些原因，使得此法非常适合于向家庭和社区医疗服务机构推广。利用此法生产的仪器尽管在欧美等国得到普及，国内也引进并在此基础上不断发展，但是，由于这些仪器价格昂贵、功能局限，并不适合普通患者，因此这类产品在市场上并未普及，只存在于一些大型的医疗机构中。
基于单片机的心率计既能发挥单片机快速处理数据的能力，同时伴随着集成化技术的逐步提升，便携、快速准确、方便实用的心率计将不失为一个更好的选择，真正做到走入家庭、方便个人。
第一章 系统设计的整体构思
人体的各种生理参数如心电、脑电等生物电信号都属于强噪声背景下微弱的低频信号，是由复杂的生命体发出的不稳定的自然信号[2]。心率是指单位时间内心脏搏动的次数，与脉搏跳动频率基本是一致的，另外脉搏信号比较容易测得，因此本设计利用脉搏信号进行心率计数。与其他生物电信号相比，脉搏信号比较容易检测同时具有直观的规律性。经过光电式传感器后输出的幅值都在几毫伏左右。
心率计设计的步骤如下：
1、心率计设计的第一步就是要获得原始的脉搏信号，本设计采用光电式传感器[3]通过对手指末端透光度的监测，检测出脉搏信号进行心率计数。
2、由于信号是在强噪声背景下微弱的低频信号，在进行滤波处理前，先要进行信号的前置放大，由于夹杂着干扰信号和噪声，前置放大倍数一般较小[4]。
3、滤波处理。
4、进行滤波处理后的信号仍然比较微弱，需要进行后置放大处理，由于这时的信号是已经经过滤波处理得到的理想信号，去除了干扰信息，因此可以进行较大的信号放大。
5、进行波形变换将脉搏信号(近似正弦波)变换成方波信号。
6、由于单片机的中断分为低电平和下降沿两种触发方式[5]，因此在进行波形变换后，要进行关键的定时计数处理以及计数显示。
图1-1 总体流程图 光电式传感器，信号采集 前置放大电滤波电路 后置放大电
波形变换电
单片机定时
第二章各元器件介绍
§2.1 LM324
§2.1.1 LM324简述
脉搏信号是强噪声下微弱的低频信号，往往具有很大的共模干扰电压，需要用到仪表放大器，来对传感器信号进行精密的电压放大，同时，对共模干扰信号进行抑制，以提高信号质量。AD620是一款低成本、高精度仪表放大器，仅需要一个外部电阻来设置增益，增益范围为1至1000，功耗较低(最大电源电流仅1.3 mA)。由于AD620具有高精度(最大非线性度40 ppm)、低失调电压(最大50 μV)和低失调漂移(最大0.6 μV/°C)特性，使其具有低噪声、低输入偏置电流和低功耗等特性，非常适ECG的前置放大[6]。但由于AD620不常用在市场上买不到，网店中虽有卖的但由于元器件便宜，并且数量较少，整体上费用过高不划算，于是最终选择了四运放运算放大器LM324。
LM324系列器件属于四运算放大器，真正的差分输入，与单电源的运算放大器相比，它的优势在于：工作电压范围比较大，3.0V-32V均可；共模输入范围包括负电源，避免了采用外部偏置元件的繁琐。另外，此元件也可工作在单电源下，电压的范围为3.0V-32V或±16V。
§2.1.2 LM324主要特点
表2-1 LM324的特性表
序号功能
1 短路保护输出
2 真正的差分输入级
3 单电源供电:3.0V-32V
4 低输入偏置电流：最大值100nA
5 每个封装有4个放大器
6 高增益，内部补偿
§2.1.3 LM324引脚图
图2-1 LM324引脚图
LM324共有4组运算放大器，每一组运算放大器如下图表示，它有5个引出脚，分别为：+V i 、-V i 、+V 、-V 、V o 。其中+V i 、-V i 为信号的输入的正极和负极，+V 、-V 为电源的正负极，V o 为输出端。
图2-2 运算放大器
§2.2 555定时器
555定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成电路，内部电路由分压器、电压比较器1C 和2C ，简单SR 锁存器、放电三极管T 以及缓冲器G 组成，其内部结构如下：
图2-3 555定时器电路结构
CO V 为控制电压，5号引脚；1I v 是比较器1C 的信号输入端，称为阈值输入端，6号引脚；2I v 是比较器2C 的信号输入端,称为触发输入端，2号引脚；'o
v 为放电端，7号引脚；CC V 为电源，8号引脚；D R 为直接复位输入端，4号引脚；o v 为输出端，3号引脚。当D R 为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出端o v 即为低电平。当D R 为高电平时：
1、当1I v >
32CC V ,2I v >3
CC V 时，1C v =0,2C v =1，放电三极管T 导通，输出o v 为低电平。
2、当1I v <
32CC V ,2I v <3CC V 时1C v =1,2C v =0，放电三极管T 截止，输出o v 为高电平。
3、当1I v <32CC V ,2I v >3CC V 时，1C v =1,2C v =1，锁存器状态不变，放电三极管T 状态不变，输出o v 保持不变。
§2.3 单片机型号介绍
§2.3.1 单片机简介
单片机又称MCU [7]是计算机的微型集成电路芯片，采用了超大规模集成电路技术，片内含有CPU 、ROM 、RAM 、多种I/O 口、中断系统、定时器/计数器等，是一个嵌入式系统。80C51系列单片机属于第三代单片机，包括Intel 公司和其他公司的51和52系列，本设计采用的是51系列。
毕业设计(论文) 题目：基于单片机的脉搏测量仪的研究与设计
摘要 在传统的医疗检测中，脉象检测一直都起着非常重要的作用，人体的脉象包含着大量的人体的生理和病理方面的信息。脉诊一直是医生诊断疾病的重要手段之一，但受人为因素的影响很大。经医学观察研究表明，人体手指末端含有丰富的毛细血管和小动脉，这些动脉和人体其他地方的动脉一样，含有丰富的生理信息。由于光电脉搏检测技术具有很高的绝缘性，且抗电磁等干扰能力强，可以对人体进行无损伤检测。本文设计通过光电法对人体指尖的脉搏进行测量，并将测量信息送入单片机进行处理，最后通过数码管将测量结果显示出来。将对脉搏信号的检测模块，脉搏信息的处理模块，单片机，数码管显示模块等电路集成在一块电路板上，形成一个简易的脉搏测量仪。这种测量仪具有精确度高，体积小，价格便宜，易于操作等特点，特别适合于个人使用和家庭使用，给我们的生活带来极大方便，让我们第一时间对自己的身体状况有进一步的了解。 关键词：脉搏；光电传感器；单片机；数码管
Abstract In the traditional medical testing，the pulse condition detection has been playing a very important role．The pulse condition of the human body contains a large number of physiology information and pathology information，the pulse examination has been being one of the important means for the doctor to diagnosis the illness．But the man-made factors influence it very much，the medical observation research shows．The end of the finger contains rich capillaries and small arteries．These arteries and the other arteries of the body hold rich physiologic information．The Photoelectric pulse detecting technology can test the body without damage owing to its high insulation and strong ability to resist the electromagnetic interference．This design in the text can survey the pulse of the finger tip through photoelectric method and transport the information to the microcontroller to do with it．At last，the result is showed by the digital tube．When the electric circuit such as the detection module of the pulse signal，the processing module of the pulse information，SCM，digital tube are integrated in the board of electric circuit，it formed an simple pulse measuring instrument，this instrument has high accuracy，small, cheap，and easy to operate．It is especially suitable for personal use and family use．It brings great convenience to our life，so we can have a further understanding of our body condition． Key words: Pulse；Photoelectric transducer；SCM；Digital tube
基于单片机的电子脉搏计的设计
毕业设计论文 基于单片机的电子脉搏计的设计
人们在日常生活或是医学上常常是通过测量脉搏跳动的力度和频率来检测身体的健康状况，而普通的方法是用手按在人腕部的动脉上，根据脉搏的跳动进行计数，这样不仅测量时间长而且精度不高，为了节省测量时间，一般不采用长时间测量，而是几秒钟之内测出脉搏数。本文介绍一种基于STC89C52单片机的电子脉搏计，通过测量腕部动脉的压力，把压力转变为电信号，送入单片机，可以在3秒钟之内精确测量出每分钟脉搏数，测量结果用三位LED数码管显示，并且脉搏波形通过串口送入PC机，实时显示脉搏波形。 脉搏计是最常用的医疗检查设备之一，实时准确的脉搏测量在日常生活、患者监控、临床治疗及体育运动等方面都有着广泛的应用。脉搏测量包括瞬时脉搏测量和平均脉搏测量。瞬时脉搏可以反映心率的快慢，同时能反映心率是否匀齐；平均脉搏测量虽然只能反映心率的快慢，但记录方便。本文设计的电子脉搏计可以把这两个参数在测量时都记录下来并且显示，瞬时测量结果通过PC机实时显示，平均脉搏测量结果通过LED七段数码管显示。 关键词：STC89C52 单片机脉搏串口 Based on SCM electronic pulse plan design
People in daily life or medicine is often measured by the pulse frequency and strength to detect the health status of body by hand, and ordinary people by the arteries in the wrist, according to a pulse count, thus not only beat measuring time long and accuracy is not high, in order to save the measuring time, generally does not use the long time measurement, but a few seconds pulse count. Measured This paper introduces a STC89C52 MCU based on the electronic pulse plan, by measuring the pressure, the wrist artery pressure into electrical signals, into a single-chip microcomputer, can accurate measurement in three seconds per minute, a pulse with measurement results number three LED digital display, and pulse tube through a serial port into PCS, real-time display pulse waveform. Pulse meter is one of the most commonly used in the medical examination device, real-time accurate measurement of the pulse of daily life, patient monitoring, clinical treatment and other aspects of sports have a wide range of applications. Pulse measurements include transient pulse measurement and the average pulse measurement. Instantaneous heart rate may reflect the speed of the pulse, while heart rate can reflect whether the uniform homogeneous; average heart rate, pulse measurement can only reflect the speed though, but the record of convenience. This design of elec- tronic pulse meter to measure these two parameters are recorded and displayed the time, instantaneous measurements in real time through the PC, shows that the average pulse measurements by seven segment LED digital display. Keywords: STC89C52; microcontroller; pulse; the serial interface
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
徐州工程学院 毕业设计（论文）开题报告 课题名称：基于单片机的住宅小区煤气 泄露实时报警器设计 学生姓名：学号： 指导教师：职称： 所在学院： 专业名称： 徐州工程学院 20 年月3日
说明 1．根据《徐州工程学院毕业设计(论文)管理规定》，学生必须撰写《毕业设计（论文）开题报告》，由指导教师签署意见、教研室审查，学院教学院长批准后实施。 2．开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。 3．毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。 4．本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。 5. 课题类型填：工程设计类；理论研究类；应用（实验）研究类；软件设计类；其它。 6、课题来源填：教师科研；社会生产实践；教学；其它
课题 名称 基于单片机的住宅小区煤气泄露实时报警器设计 课题 来源 社会生产实践课题类型工程设计类 选题的背景及意义 近年来随着人民生活水平的提高，管道煤气和罐装煤气已深入到寻常百姓家。但由于使用不当或设备老化等原因导致的煤气泄漏极大地威胁着人们的生命财产安全。煤气泄漏而大量产生的一氧化碳是煤气中毒事件的根源，如采用煤气泄漏报警器就能得到及时的警示。单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施。为了防止中毒事件再次发生，提出利用单片机系统进行有效的预防对策。为此设计出家用煤气泄漏报警控制器。 煤气泄漏的危害 一氧化碳的浓度与健康成年人中毒的可能症状 50ppm 健康成年人在八小时内可以承受的最大浓度 200ppm 2-3小时后，轻微头痛、乏力 400ppm 1-2小时内前额痛；3小时后威胁生命 800ppm 45分钟内，眼花、恶心、痉挛；2小时内失去知觉；2-3小时内死亡1600ppm 20分钟内头痛、眼花、恶心；1小时内死亡 3200ppm 5-10分钟内头痛、眼花、恶心；25-30分钟内死亡 6400ppm 1-2分钟内头痛、眼花、恶心；10-15分钟死亡 12800ppm 1-3分钟内死亡
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
数字电子技术课程设计报告题目:电子脉搏计设计 班级: 姓名: 指导老师: 组号: 2
目录 第一章设计设计任务及要求 (1) 第二章方案设计与论证 (1) 2.1方案一 (1) 2.2方案二 (2) 2.3总结方案 (2) 2.4设计原理及方框图 (3) 第三章各单元电路电路设计与分析 (3) 3.1四倍频电路 (3) 3.2脉搏计数电路 (4) 3.3计时控制电路 (5) 3.4时钟信号产生电路 (6) 3.5译码显示电路 (7) 第四章总体电路原理图及元件清单 (7) 第五章电路仿真及仿真结果分析 (9) 第六章作品照片图 (10) 第七章心得体会 (11)
第八章参考文献 (12) 第九章附页 (13)
电子脉搏计 一、设计设计任务及要求 用中小规模集成块模拟世贤电子脉搏计逻辑控制电路的具体要求如下： （1）实现在15s内测量1min的脉搏数。 （2）用数码管将测得的脉搏数用数字的形式显示。 （3）正常人的脉搏数为60~80次/min,婴儿的为90~100次/min，老人为100~150次/min,可通过与上述正常脉搏数比较，给出测脉搏人的脉搏数高出或低出正常范围的数值。 二、方案设计与论证 方案一 1.传感器将脉搏跳动信号转换为与此相对应的电脉冲信号。 2.放大整形电路把传感器的微弱电流放大，微弱电压放大。 3.四倍频器将整形后所得到的脉冲信号的频率提高。如将15s内传感器所获得的信号频率4倍频，即可得到对应一分钟的脉冲数，从而缩短测量时间。 4.控制电路用555定时器以保证在基准时间控制下，使4倍频后的脉冲信号送到计数、显示电路中。 5.计数、译码、显示电路用来读出脉搏数，并以十进制数的形式由数码管显示出。 6.电源电路按电路要求提供符合要求的直流电源。上述测量过程中，由于对脉冲进行了4倍频，计数时间也相应地缩短了4倍(15s)，而数码管显示的数字却是lmin的脉搏跳动次数。用这种方案测量的误差为±4次／min，测量时间越短，误差也就越大。 方案二 与方案一相比，信号发生与采集、定时电路、计数译码显示电路不变。其他有所改变。 2）放大电路用普通运放进行发大，为达到高输入阻抗的要求，采用同相比例放大。 3）低通滤波在运放的反馈电阻上并联一个电容，达到滤波的效果。 4）整形电路通过运放组成的单限比较器进行脉冲整形。 方案二的放大电路除了在阻抗匹配方面略显弱势之外，使用更为普遍。为了探索非门再放大方面的应用，选择了方案一。
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
1.1核心芯片8051单片机 (2) 1.2 ADC0809转换芯片 (5) 1.2.1 ADC0809的逻辑结构 (5) 1.2.2 ADC0809 的通道选择 (6) 1.2.3 ADC0809的引脚图及各引脚作用 (6) 1.3 MC14499芯片 (8) 1.3.1.MC14499的结构及功能介绍 (8) 1.3.2 MC14499在单片机中的应用 (10) 1.4 74LS373芯片 (13) 1.5 LED数码管 (15) 1.5.1 LED数码管显示器的结构 (15) 1.5.2 LED数码管显示器的显示段码 (17) 1.5.3 LED显示器的参数 (18) 1.6 X25045 (18) 2 系统硬件设计 (20) 2.1系统设计原理和系统框图 (21) 2.1.1设计原理 (21) 2.1.2系统框图 (21) 2.2液位传感器设计 (22) 2.2.1 传感器原理 (22) 2.2.2 传感器的组成 (22) 2.2.3 测量原理 (23) 2.2.4 将电容转化成电信号部分 (24) 2.2.5 电信号放大电路设计 (25) 2.3 A/D0809模数转换 (25) 2.4 显示电路的设计 (27) 2.5 键盘电路 (29) 2.5.1矩阵式键盘的工作原理 (30) 2.5.2 硬件电路设计及电路图 (30) 2.6 继电器控制水泵加水电路 (31) 2.7 报警电路 (32) 2.8 电源电路 (33) 2.8.1 直流电源电路 (33) 2.8.2 备用电源切换电路 (34) 2.9看门狗电路 (35) 3 系统软件的设计 (38) 3.1 软件设计流程图 (38) 3.2矩阵键盘程序设计 (40) 3.2.1 程序设计内容 (40) 3.2.2系统程序 (40) 3.3 ADC0809模数转换流程图 (42) 4 结论 (45) 附录A (46)
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
毕业设计论文_基于单片机肺活量测量仪
目录 引言 (1) 1. 绪论 (2) 1.1 本课题的研究意义 (2) 1.2 本课题的发展现状 (2) 1.2.1电子类肺活量测量仪 (2) 1.2.2非电子类肺活量测量仪 (2) 1.3 本课题的发展趋势 (2) 1.4 智能肺活量测量仪研究目的及其可行性 (2) 1.5 课题的主要研究工作和各章内容安排 (3) 2. 相关技术和基础理论介绍 (3) 2.1 肺活量测量相关概述 (3) 2.1.1肺活量 (3) 2.1.2气压传感器 (3) 2.2 通过气压传感器测量肺活量的原理 (4) 2.3 数据采集 (4) 2.3.1A/D转换器 (4) 2.3.2A/D转换的基本原理 (5) 2.4 串口通信 (6) 2.5 主要器件功能说明 (10) 2.5.1 AT89S5单片机 (10) 2.5.2 MAX232串行通信芯片 (12) 2.5.3 AD620 (12) 2.5.4 气体压力传感器ATP015G (13) 3. 系统设计方案及原理 (15) 3.1 总体方案 (15) 3.2 系统原理 (15) 4. 硬件原理与设计 (16) 4.1 输入部分电路 (16) 4.2 A/D转换部分电路 (17) 4.3 液晶显示电路 (17) 4.4 串口通信部分电路 (18)
4.5 电源部分电路 (18) 4.6 电路布线，调试及故障分析 (19) 4.6.1 PCB设计一般步骤 (20) 4.6.2 PCB布线工艺要求 (21) 4.6.3 电路的故障及调试分析 (22) 5.软件设计 (23) 5.1 下位机程序流程图 (23) 5.2 A/D转换程序及TLC549工作时序 (24) 5.3 上位机显示界面 (25) 6. 误差与干扰分析 (26) 6.1 测量仪器的影响 (26) 6.2 测量的随机性 (26) 7. 实现功能与结论 (26) 8. 总结 (28) 谢辞 (28) 参考文献 (29) 附录 (30) 附录1：系统PCB图 (30) 附录2：系统源程序 (31)
摘要 在社会飞速发展的今天，人们的物质文化生活得到了极大的提高，但同时多种疾病威胁着人们的生命；而心脏病的发作又是人们难以预防的突发致命疾病，所以健康也被越来越多的人所重视。本设计要解决的问题就是可以测量心率、预防心脏病等心脏方面疾病的数字心率计。 本设计采用以AT89S52单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示心率计的硬件电路和软件设计方法。整个电路采用模块化设计，由主程序、预置子程序、信号采集子程序、信号放大处理子程序、显示子程序等模块组成。各探头的信号经单片机综合分析处理，实现心率测量的各种功能。在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。该心率计的原理是用红外光电传感器OPT101接收到人体信号，因人体信号很微弱，所以在电路中设置了双重放大电路（主要芯片：OP07、LM324N）。该信号经放大整形处理后传给A/D转换器实现模拟信号转为数字信号，经过以上处理后，再传给单片机AT89S52计算，计算完后由四位数码管显示出来。 该心率计可以简单的测量出人的心跳和人体体温，基本实现了预定的目标，这将大大减少病人测量心跳和体温的时间。 关键字：心率；测量；单片机AT89S52；转换器
Abstract Today in the rapid development of society, people's material and cultural life has been greatly improved, but also a variety of diseases threatening people's lives; and heart attack is it difficult to prevent sudden fatal disease, so health is also valued by more and more people. The design problem to be solved is that you can measure heart rate, cardiac disease, heart disease and other digital heart rate meter. This design uses to A T89S52 microcontroller core, low-cost, high accuracy, digital display of heart rate meter miniaturization of hardware and software design. The probe by the single chip integrated analysis of signal processing functions to achieve heart rate measurement. On this basis, the overall design of the system program, and finally achieved through various hardware and software modules. With the relevant parts of the hardware circuit, the program flow chart. The principle of the heart rate meter is used to receive infrared photoelectric sensor OPT101 to human signals, the signal is very weak because of the human body, so the circuit is set in the dual amplifier (main chip: OP07, LM324N). The signal passed through enlarged plastic treated A / D converter for analog signals into digital signals, with the above treatment, and then passed to microcontroller AT89S52 calculated, finished up by four digital displayds heart rate, The heart rate meter can easily measure the person's heart rate and body temperature, essentially achieving its stated goals, which will greatly reduce the patients of heart rate and body temperature of the time. Keywords: heart rate；measurement；microcontroller AT89S52；converter
报告成绩 电子电路综合实验报告 学生：贺杰 学号：1410404006 专业年级：2014级通信工程4班 指导教师：周妮讲师 起止日期：2016年3月—2016年6月 电气与信息工程学院 2016年6月3日
目录 1目的与意义 (1) 3 方案设计 (1) 4 系统硬件设计 (3) 5仿真调试与分析 (10) 6结论与体会 (10) 参考文献 (10) 附录 (11) 附录A 系统实物图 (11)
摘要：电于脉搏计可以连续台动地测量手术或重危病人的脉搏，也可以用于健康管理，运动员的训练等方面，为提高运用电子技术基本知识进行理论设计、实践创新以及独立工作、团队合作的能力，通过实践制作一个数字频率计，学会合理的利用集成电子器件制作基于数字电路和模拟电路的课程设计与制作。电子脉搏计是用来测量一个人心脏跳动次数的电子仪器，也是心电图的主要组成部分，它是用来测量频率较低的小信号。 1目的与意义 一、目的： 1、掌握组合逻辑电路的工作原理及设计方法。 2、学会安装和调试分立元件与集成电路组成的电子电路小系统。 二、意义 对于医院的危重病人，或者在其他一些特殊场合，需对人的脉搏进行连续检测，本课题即针对这一需求，设计一台简易的电子脉搏计。 1、制作要求 实现在15S测量1min的脉搏数，并且显示其数字。正常人脉搏数为60~80次/min 婴儿为90~100次/min，老人为100~150次/min。（只考虑数字部分，即输入波形视为矩形波） 2、制作步骤 （1）拟定测试方案和设计步骤，填写真值表； （2）根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图； （3）进行相应的仿真测试； （4）设计、调试和安装电路并测试； （5）撰写设计报告。 2 方案设计 电子脉搏计是由脉搏计数器和控制时间的定时电路所组成，并且还要在15S测量出1min的脉搏数。所以，我们先按要求，分开设计各个功能的电路图，然后再组合连接成一个完整的按要求的电子脉搏计。 方案一：
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