毕业论文设计（论文）题目：心率测试仪设计
摘要
心脏的每一次搏动都会导致手指皮肤毛细血管产生一次充盈和收缩，该血脉变化信号可用于检测心率。本课题设计了一种基于反射式光电传感器的心率测试仪，由反射式光电传感器提取出手指皮肤处的微弱脉搏信号并加以处理，使心率的测量显得更简便更精确。
本设计主要由六部分组成，包括测量电路、放大电路、滤波整形电路、倍频电路、控制电路和计数译码显示电路。该设计的首要任务是测量电路中传感器的选取，其次就是信号的放大及滤波整形电路的设计，关键点是计数译码显示电路中计数和译码方式的选择。
该设计利用外置恒流源电路的反射式光电传感器，将人体的脉搏信号转变为可处理的电信号，再将所得电信号经过电压放大、滤除高频、A/D转换和倍频等处理得到数字脉冲信号，接着在由555定时器组成的闸门控制电路的控制下，经过计数器、译码器的处理，最终将心率测试结果用数码管显示出来。
利用Mulitisim仿真软件，可以对此心率测试仪实现仿真。本设计只需要被测人把手指放在传感器内不足10秒钟就可以精确测量出心率值，测量结果用三位七段数码管显示。本设计在仿真实验中，当输入1Hz正弦信号时，经过6次测试，心率平均值为60次/分钟，最大误差1.67%；当输入2Hz正弦信号时，经过6次测试，心率平均值为119次/分钟，最大误差1.68%。仿真结果满足课题要求的当心率大于50次/分钟时，误差小于5%，仿真实验成功，所设计心率测试仪达到预期目的。
【关键词】心率测试仪反射式传感器Mulitisim仿真软件数字脉冲信号
ABSTRACT
The heart beat of each time will cause the capillaries of finger skin have a filling and shrinkage, the changes of blood signal can be used for the detection of heart rate, which causes the finger skin producing the weak vibration. The vibration signal can be used to test the heart rate This topic designs a heart rate tester which is based on reflecting photoelectric sensor, By reflecting photoelectric sensor extracts the pulse signal from finger skin and process it, at last making the heart rate measurement appears more simple and precise.
This design mainly by six parts, including measuring circuit, amplifying circuit, filtering plastic circuit, times frequency circuit, control circuit and count decode display circuit. As for the design , the selection of sensor is the primary task in the measurement circuit, followed by signal amplifier and filtering plastic circuit design, the key point is that the count of the counter decoder circuit and the choice of the ways of decoding.
This design uses reflecting photoelectric sensor whose outer is constant current source circuit, this design makes the human body pulse signal into the electrical signals which can be handled, and then through the electrical signal voltage amplifier, filtering hf, A/D conversion and frequency doubling processing get digital pulse signal, and then process it under the control of the gate control circuit which is composed by 555 timing device, followed by the counter, decoder, eventually display the heart rate test results with A digital tube.
Using Mulitisim simulation software can realize the simulation about the heart rate tester. This design only needs to the man putting his finger in the sensor less than 10 seconds to measure the value of heart rate, the measured results will be displayed with three seven period of digital pipe. This designed simulation results show that when the input 1 Hz sine signals, after six times test, average heart rate for 60 times/minutes, the maximum error 1.67%; When the input 2 Hz sine signals, after six times test, heart rate average of 119 times a minute, the maximum error of 1.68%. The simulation results meet requirements when the subject is greater than 50 / minutes heart rate, the error is less than 5%, the simulation experiment is successful, and the design of the heart rate tester achieved the expected purpose.
【Key words】Heart rate tester Reflecting sensor Mulitisim simulation software Digital pulse signal
目录
前言 (1)
第一章基于反射式光电传感器的设计 (2)
第一节心率测试仪组成构架图 (2)
第二节反射式光电传感器分析 (3)
一、反射式光电传感器定义 (3)
二、反射式光电传感器在心率测试仪中的应用 (3)
三、传感器信号关系 (4)
第三节设计方案分析 (5)
一、测量法的选择 (5)
二、技术指标要求 (6)
三、测试误差分析 (6)
第二章指尖脉搏信号采集 (8)
第一节反射式光电传感器的工作原理 (8)
第二节传感器恒流源电路 (9)
第三章信号处理 (11)
第一节放大电路 (11)
一、电路说明 (11)
二、电路仿真 (12)
第二节滤波电路 (13)
一、电路分析 (13)
二、仿真波形 (15)
第三节整形电路 (15)
一、集成施密特触发器74LS14D (16)
二、电路仿真 (16)
第四节倍频电路 (17)
一、利用简单门电路等组成的二倍频电路级联 (17)
二、8倍频电路仿真 (18)
第五节本章小结 (19)
第四章心率显示 (20)
第一节控制电路 (20)
一、控制信号的产生 (20)
二、启动清零的控制 (24)
第二节计数译码显示电路 (25)
一、计数器 (25)
二、译码显示电路 (26)
三、电路仿真图 (27)
第三节系统测试 (28)
第四节本章小结 (29)
致谢................................................................................................................ 错误！未定义书签。附录.. (32)
一、英文原文 (32)
二、英文翻译 (36)
三、工程设计图纸 (39)
前言
心率不但能够反映心脏的工作状态是否正常，也可以用来衡量脑力劳动和体力劳动的强度。健康成年人安静时，心率的个体差异比较显著，大概范围在60—150次/分之间，平均为75次/分左右。根据被测人的年龄、性别以及其他生理情况，心率会有所不同。初生儿的心率很快，可达130次/分以上。在健康的成年人中，一般男性的心率比女性较慢。
人体运动的时候，心率会随机体代谢的强度增加而增加，在一定范围内心率可以作为运动强度和机体的代谢水平的参考指标，因此，心率常被用于有氧运动中对运动强度的控制。运动结束后，心率恢复时间的长短又可用作评定运动负荷是否适宜以及心脏机能状态是否正常的依据和指标。因此心率测试有很大的临床意义，它的机理急待于我们进行研究。
随着科学技术的发展，心率测试技术越来越先进，消费者对心率测试仪精度的要求也越来越高。国内外科学家先后研制了不同类型的心率测试仪，而设计关键是对高精确度高灵敏度传感器的开发。本设计采用反射式光电传感器来采集人体的脉搏信号，检测的部位为被测者手指指尖或者耳垂。随着电子计算机技术的飞速发展，智能传感器也逐步应用到多个领域。医用领域将传感器与信号采集、放大滤波装置、计算机等相结合构成新型智能测量系统，该系统不仅可以单方面测量心率、血压等，也可进行对人体的多点测量，完整检测脉搏的波动状态，能够更加科学的反映心率的变化，从而为医生的诊断提供详细参考依据。
本课题旨在综合反射式光电传感器以及相关专业知识，设计一个数字心率计，对人体心率进行测量处理并数字显示。本课题有较强的综合性，可以巩固所学专业基础知识和基本操作技能，培养综合运用所学知识与技术，以及独立分析问题、解决问题的能力，通过在设计中选择合适型号的传感器，进而掌握其原理、应用范围、功能等，还可以深入了解心率计的工作原理、元器件选择以及电子仪器的常用设计方法等。
第一章 基于反射式光电传感器的设计
第一节 心率测试仪组成构架图
本设计分成以下几个模块：测量电路、放大电路、滤波整形电路、倍频电路、控制电路、计数译码显示电路。其原理方框图如图1.1所示
第二节 GSM 移动通信系统简介
图1.1 心率计结构框图 1、传感器。传感器为本设计最关键部分，旨在将血脉流量变化的物理信号转换成电信号并输出。传感器的灵敏度、精确度、以及抗干扰能力和安装方式决定了心率的测量误差。
2、信号放大电路。由于传感器所测得的心率信号比较微弱，所以在经过后续滤波处理以前必须先将信号进行放大，使得输出电信号在整形电路中能满足施密特触发器的稳态触发电压值。
3、滤波与整形电路。由于心率信号的频率很低，因此，在信号处理电路中，必须设计低通滤波器将信号中夹杂的高频信号滤除。然后通过整形将模拟的不规则的信号转变成便于信号处理的数字脉冲信号。
4、倍频电路。提高整形后脉冲信号的频率，以此在短时间内测得心率的数值。
5、控制电路。由于在题目中要求在短时间内测得实验结果，因而需要一个电路来控制整个电路的运行、复位、自启动等，控制电路是用来控制计数脉冲的输入以及控制计数器的工作状态，在心率计设计中起到“闸门”的作用。
反射式光电传感器 放大电路 滤波电路 整形电路 倍频电路
计数器 译码器 控制电路 显示器
6、译码显示电路部分。将所测信号最终用数码管显示出来，将用到拥有译码锁存功能的芯片[1][2]。
第二节反射式光电传感器分析
一、反射式光电传感器定义
反射式光电传感器是将硅光敏三极管（接收器）和红外线发光管等，以相同的方向安装在传感器的内部支架上。红外线发光管通电导通以后，所发射的红外线照射到被测物体上，而反射的光线会经过合适的角度照射到接收器的窗口上，使光敏三极管导通，三极管导通以后的输出电流会随着接收器所接收光线的强度变化而变化，因此，该传感器不但可以测出被照射物的存在与否，还能测出该物体的动态变化。由此可见，反射式光电传感器不但适用于光电自动控制、物体识别、光电接近开关等方面，也可作为医用光电传感器件使用。
二、反射式光电传感器在心率测试仪中的应用
根据朗伯比尔定律, 在一定波长处物质的浓度和他的吸光度成正比。当恒定波长的光照射到人体组织上时,通过人体组织吸收、反射衰减后测量到的光强将在一定程度上反映被照射部位组织的结构特征。脉搏主要是由人体动脉的舒张以及收缩而产生的，在人体手指的尖部，皮肤组织中的含动脉成分高,而且指尖的厚度相对于其他的人体组织而言是比较薄的,入射光透过手指后检测到的光强相对较大, 因此在利用光电式脉搏传感器进行心率测量时，测量部位通常选择人体的手指尖[3]。手指光吸收量的变化如下图1.2所示[1]。
图1.2手指光吸收量变化示意图
在人体血液循环系统中，相对于动脉而言静脉的搏动强度是十分微弱的，几乎可以忽略不计，由此可见，红外线入射光在透过手指之间组织之后，光敏三极管所接收到的透射光或者反射光信号的强度是由指尖动脉的搏动所引起的。由于红外线发光管发出的红外线为恒定的波长，以及恒定的光照强度，因此，可以通过检测接收器所接受的透射光或反射光的强度变化，就可以得到指尖脉搏的振动信号，进而测出人体心率。
按照接收器对光线的接收方式，可以将光电式脉搏传感器分成两种，即为透射式光电传感器和反射式光电传感器，如下图1.3所示[2]，透射式光电传感器的红外线发光管和光敏三极管位于测试部位的两端，它们的位置相对称，且距离相等。反射式传感器的红外线发光管和光敏三极管位于手指的同一侧，呈特定角度的位置分布，使经过血液漫反射回来的红外线信号正好进入接收器窗口[2]。
图1.3 透射式光电传感器和反射式光电传感器
三、传感器信号关系
反射式光电传感器在心率测试仪的应用中，入射光和反射光以及传感器输
出电信号关系如下图[3]。通过对下图的分析，可以看出，由脉搏振动而引起血脉反射光信号的变化，该传感器输出电信号的变化趋势呈正弦变化。
图1.4 反射式光电传感器信号分析图
第三节 设计方案分析
一、测量法的选择
经过反射式光电传感器将所测光信号转变为电信号，该电信号中夹杂着心率信号、直流信号以及工频和电磁干扰信号，为混频信号。其中的心率信号为模拟信号，不满足计数器的计数要求，因此，必须将该混频信号进行放大、滤波以及整形等处理，最终得到于所测心率信号频率相同的数字脉冲信号。数字脉冲信号的频率计算公式为：x f N t =。由公式可知，fx 的值由N 和t 共同决定，因此，在实际测试中，必须额定其中的一个值，然后测量出另外一个值。。在此，本设计提出两种测量方法进行讨论分析。
1、周期测量法：运用定时器/计数器，标准的时基信号的周期T s 为机器周期。所测信号周期内的标准时基信号的脉冲次数为nx ，所要测量的心率信号的周期为x s T nx T =?，由此可知，所测心率为60x N T =。
2、频率测量法：这种方法也被称为倍频法。将心率信号转换为数字信号再经过倍频后，测量其在限定闸门时间内的脉冲个数，即可得到心率值。例如假设心率值为每分钟n 次，紧接着不是由计数器直接测量心率脉冲数，而是采用由3各二倍频电路组成的8倍频信号进行计数，并将计数器闸门信号时间设为7.5秒，则7.5秒内的计数器的值为（8n/60）?7.5=n 。可见，该数值恰好等于所需测定的心率。
本心率测试以设计采用频率测量法，这种方法采用的电路结构较为简单，同时也比较容易实现，可以在几秒内测得相对可靠的心率值。
二、技术指标要求
1、计数范围：1～999。
2、数字显示位数：三位静态十进制计数显示被测信号数值。
3、具有计数及显示功能。
4、性能良好，工作可靠。
5、心率大于50次/分钟时，误差小于5%
三、测试误差分析
①环境光对脉搏传感器测量的影响
利用光电式传感器进行心率测量，由脉搏微弱振动而引起的光强度的变化是非常微弱的，因此，在测试过程中要尽量保持背景光能够恒定，不会产生较大的变化，同时，要避免光敏器件接收到的光信号中含有较多的背景光，从而减少背景光对接收光信号的干扰。
为了降低环境光的变化对脉搏信号测量的不利影响, 同时也考虑到传感器测试的方便性, 在实际测量中，通常采用密封的指套式传感器。为了降低环境光的变化带来的影响，传感器的整个外壳均采用不透光的材料和颜色[4]。同样，为了避免测试过程中产生的二次反射对接收器带来影响，通常在传感器的内侧涂抹吸光材料。
②电磁干扰对脉搏传感器的影响
通过光电转换而得到的心率电信号比较微弱,外界电磁干扰信号对其影响很大,因此，通常电磁屏蔽一级放大电路的方式来消除电磁干扰。
心率信号的频率较低, 比较容易受到工频信号的干扰, 因此，为了使所测心率信号的误差不至于较大，通常在实际电路制作中要对工频信号干扰进行抑制。由于人体正常的心率信号在0.2Hz～3Hz之间，而工频干扰信号频率为50Hz，由此，可以运用低通滤波器滤除工频干扰。在脉搏信号数据采集后, 可以通过数据处理法方法进一步滤除工频信号的干扰[3]。
③测量过程中运动噪声的影响
在心率测试的过程中，手指可能会和传感器移位而产生相对运动，从而对所测信号产生误差。对于这种误差，一般通过两种方法进行处理: 一是加强指套式传感器的稳定性，能够牢固的夹在手指上，避免产生较大的相对运动; 二是通过信号处理电路，减少误差,对于心率测试用的传感器设计,采用的主要是第一个途径。
④电源不稳定导致光源供电波动带来影响
在心率测试仪的仿真运行中，我们可以直接加入恒定电压电源，而不会带来光源供电波动，但是在实际仪器运用中却没有完全恒定的电源，而我们通常提供的直流电源也会因为各种原因二引起输出电压值在较小的范围内波动。因此在心率信号的测量过程中, 由于光源的波动会对所测得心率值带来影响，所以本设计转为光电传感器设计了恒流源电路，提供恒定的电流，电流值额定，不会随着传感器负载的变化而变化,从而降低电源不稳定给测试结果带来的影响[6]。
第二章指尖脉搏信号采集
第一节反射式光电传感器的工作原理
图2.1 反射式光电式传感器原理图
反射式光电传感器的原理如图2.1所示[3]，光敏三极管不但具有光电二极管的光信号转换成电信号的功能，还有信号放大功能。光敏三级管的形状和一般的晶体管相似，通常只引出两个极-发射极和集电极。基区面积做得很大，发射区较小，这样能够增大基区接受的光照，因此入射光主要被基区所接收。在光发射管未工作时，光敏三极管的输出电流：Iceo=（1+β）Icbo（很小），电流过小，光敏三极管未导通；当光发射管启动工作时，经过指尖组织的反射，光电接收器中的光敏三极管被激发出大量的电子-空穴对，使光敏三极管导通，基极电流Ib变大，光敏三极管的输出电流即为光电流，该电信号电流值为：Ic=（1+β）Ib，由此可以看出，反射式光电传感器的测试性能主要取决于接收器中的光敏三极管的灵敏度和准确率[3]。
第二节 传感器恒流源电路 一、电路分析
反射式光电传感器进行信号测量的主要原理是将用光敏三极管感知入射光的强度变化，而将此变化表现在电流信号的变化中，因此，对于该传感器，必须设计恒定的电源电路，以确保测量的精确性和稳定性[3]。本设计采用了以运算放大器为核心的恒流源电路，仿真电路见图2.2。图中，由R5和R6分压，集成运算放的输出电流即为传感器的输入电流，这个电流不随传感器负载的变化而变化，满足恒流源条件，保证了传感器测量的精度[5]。
VCC
15V
R11kΩ
R2
9kΩ
C1
1μF U1A LM324D
3
2
114
1
R3
375Ω
R41270ΩR51270ΩR61kΩKey=A 50%U2DC 10MOhm 5.038V +-VCC
15V VEE
-15V
图2.2 恒流源电路仿真图
在通常情况下，电阻值会随着温度的变化而变化，因此，在本恒流源电路中，对于电阻R5和R6应该慎重选取，尽量选择精确度比较高，并且不会随着温度的变化而产生较大变化的电阻。经过相关资料查询，本设计决定采用金属膜电阻。
运算放大器的输入端电压值为：
（2-1）
运算放大器LM324D 的输出电流即为传感器的输入电流：
I =1.5V/375Ω=4mA （2-2）
- 1.5V V V +==
在传感器输出部分，设计了一个滑动变阻器与2个固定值电阻组成的桥式电阻。从图2.2中可以看出此时输出电压为5.038，该桥式电阻值为890Ω。
输出电流为：
Iout=Uout/R=（5.038-1.5）/890≈4 mA（2-3）在multisim仿真实验中，调节滑动变阻器，使桥式电阻的阻值变化。经测试，随着滑动变阻器的变化，运算放大器输出电压变化，但是Iout恒定不变。
通过以上测试，运算放大器的输出电流不会随着负载的变化而变化，能够达到恒流源的条件。
第三章信号处理
第一节放大电路
一、电路说明
用反射式光电传感器进行心率测量，测试部位为手指尖部，但是传感器所测得的信号较弱，必须将其放大处理。因此，为了将测得心率信号放大，在本心率测试仪中，设计了信号放大电路，使传感器测得的信号电压幅值适当，使其电压能满足后续的信号处理电路。
设计思路：采用仪表放大器AD620构成的放大电路
本设计的电路放大部分采用AD620芯片，AD620成本低、精密度高，在运用AD620进行信号放大时，只需运用改变一个外接电阻的阻值就可以设置相应的增益，AD620的增益允许范围为1-10000。此外，AD620的尺寸小于分立电路设计，具有很低的功耗，在便携式心率测试仪中显得很适用。除了低功耗，AD620还具有低噪声、低输入偏置电流等特性，并且AD620和传感器输出阻抗匹配性良好，从而减少了由于传感器输出阻抗较大，输出电流非常微弱，而与放大器输入阻抗不匹配引起的信号损失。AD620增益方程式为G =49.4 k Ω/R G + 1[7]，其内部电路图[7]如下。
图3.1 AD620内部电路
在实际进行心率测试时，由于每个人的个体差异，致使传感器所测的心率波动有一定差异，有些心率信号较强，有些心率信号较弱，因此为了适合不同用户，在实际的电路制作中可将电阻RG 改为可变电阻, 通过对RG 的调节，即可以改变放大倍数。
二、电路仿真
由图3.2可见[8]，通过反射式光电传感器采集到的原始心率信号极其微弱（变化幅值在±10mV 之间），其幅值为毫伏级，所以需要将被测信号通过放大电路放大500倍左右，使信号放大后电压达到伏级。由AD620AN 芯片组成放大电路，元件参数设置如下：RG=100Ω,R1=100K Ω,C1=100uF 为隔直电容。
图3.2 心率波形
U2AD620AN
3
26
718
54R8
100ΩVEE
-15V XFG1
XSC1A B C D G T VCC
15V C1
100μF
R1
100kΩ
图3.3 放大电路仿真
说明：将信号发生器设置为输出2Hz/5mVp 的正弦波信号。在电路图
3.中，C1和R1组成一个一阶高通滤波器，经过计算，将截止频率调至接近直流，从而起到隔直作用。RG=100Ω，由增益方程式为 G =49.4 k Ω/RG + 1，得到G ≈500,放大后信号幅值为2.5V 。
图3.4 放大电路的波形
说明：如图3.4仿真结果中，红色低幅度正弦波为函数信号发生器所产生的模拟心率信号，蓝色高幅度正弦波显示的为经过放大电路以后产生的波形。
第二节滤波电路
在实际操作心率测试仪的时候，会由于人为或者仪器固有的因素使测得心率信号含有杂波，有环境光对脉搏传感器测量的影响，有电磁干扰带来的影响，也有人为造成的运动性干扰[9]。并且由于心率信号的频率相对而言较低，所以将设计低通滤波器对高频干扰信号清除。
一、电路分析
人体心率信号属于低频微弱信号，中高频杂波信号会对其产生影响，因此我们运用低通滤波器滤除中高频信号，从而让低频的心率信号通过电路，同时心率信号通过滤波器后其电压值不一定能达到整形电路所要求的幅值，因此通常把运用集成运算放大器LM423将电压放大到1.6倍左右[9]。对滤波器的学习，我了解到一阶低通滤波器和二阶低通滤波器的幅频特性，通过对比判断，一阶低通滤波器不能满足心率测试仪信号过滤要求，因而在此本设计采取二阶低通
滤波器，其通带电压放大倍数和通带截止频率与一阶低通滤波器电路相同[10]。
二阶有源低通滤波器电路图如图3.5所示：
R41.6kΩR51.6kΩ
C2
20μF
C3
20μF R7
6kΩ
R8
10kΩ
VCC
15V VEE -15V U3A LM324D 32
1141XFG1XSC1A B C D
G T
图3.5 二阶有源低通滤波器
电路性能参数： 二阶低通滤波器增益：
（3-1）
角频率： w 。=1/RC （3-2） 截止频率：
（3-4） 品质因数： （3-5） 品质因素的大小表达了低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状
电压幅值增益：211o i Avf V V R R ==+[10]
说明：图 3.5为典型的二阶有源低通滤波器。它由两级RC 滤波环节与LM324D 集成运算放大器组成，其中第一级电容C2接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性[11]。已知人体的心脏跳动频率应在0.2Hz ～3Hz 之间，在此采用截止频率为5Hz 的低通滤波，并将电压幅值提升到1.6倍。
w=1/(1.6 k Ω*20uF) ≈31.4 ＝＞ f=5Hz
二、仿真波形
图3.6放大器输出信号滤波结果
说明：红色幅度较小的波形为放大器输出波形，蓝色幅度较大的波形为二阶有源低通滤波器输出波形。
第三节整形电路
所测信号在经过前面的放大电路和滤波电路之后，变成较单一，幅值也达到后续处理标准的心率信号。但是现在心率信号仍然是正弦波模拟信号，然而在后续的计数电路和译码电路中，我们需要的是数字信号，因此本电路将设计为拥有A/D转换功能的整形电路。经过上网大量查阅资料以及吸取别人的研究经验以后，决定采用由555时基电路组成的滞回比较器及集成施密特触发器作为整形电路。
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
数字人体心率检测仪的设计 1.设计思路 本课题研究的是数字人体心率监测仪的设计，我所设计的检测仪，它使用方便，只需将手指端轻轻放在传感器上，即可实时显示出你的每分钟脉搏次数，特别适合体育训练和外出旅游等场合使用。采用红外光学检测法，摒弃了不便于运动状态下测量脉搏的听诊器和吸附在人体上的电极等老式测量方法。检测的基本原理是：随着心脏的搏动，人体组织半透明度随之改变：当血液送到人体组织时，组织的半透明度减小：当血液流回心脏，组织则半透明度增大。这种现象在人体组织较薄的手指尖，耳垂等部位最为明显。因此，本心率检测仪将红外发光二极管产生的红外线照射到人体的上述部位，并用装在该部位的另一侧或旁边的红外光电管来检测机体组织的透明程度并把它转换成电信号。由于此信号的频率与人体每分钟的脉搏次数成正比，故只要把它转换成脉冲并进行整形，计数和显示，即可实时的测出脉搏的次数。 心率与脉搏的联系：心率与脉搏在身体正常的时候是相等的。在房颤等心脏疾病时候可出现不等。因此心率测量问题可以转化为脉搏的测量，而脉搏的测量有更容易实现的特点，在实际应用中得到更广泛的运用。 本检测仪的有效测量范围为50次—199次/分钟。 2 方案设计 2.1 心率采集处理电路 心率采集处理电路如图1-1所示。该部分电路主要由脉搏次数红外检测采集电路模块、信号抗干扰电路模块、信号整形电路模块等三个主要的电路模块组成。其中，红外线发射管D1和红外线接收管Q1组成了红外检测采集电路：R2与C1、C2与C3、R4与C4和ICA共同工程了信号抗干扰电路组，他们分别承担了对信号的低通滤波、干扰光
线的光电隔离、参与高频干扰的滤除等任务。另外，I CB、C5与R10、ICC则共同组成了信号整形电路模块。 图1 光电式脉搏波传感器的原理 其原理是利用光电信号来测量脉搏容量的变化。当血管内容量变化时，组织对光的吸收程度相对发生变化，利用光电传感器可测出这种变化，该变化反映出血液动脉的基本参数情况。根据朗伯特—比尔（lambert—beer）定律，物质在一定波长处的吸光度和他的浓度成正比，当恒定波长的光照射到人体组织上时，通过人体组织吸收、反射衰减后测量到的光强在一定程度上反映了被照射部位组织的结构特征。 光源和光敏元件分别处于被测部位的两侧，光源发出的光线可以经指尖部组织投射到光敏元件所在的窗口，从而有光敏元件检测出脉搏的波动信号，这样纪录的波也有将其作为指尖容积波处理，通常称这种传感器为透射型光电式脉搏波传感器。 本次设计原用的透射型光电式脉搏波传感器，其电路如图2 所示。
五邑大学 电子系统设计开题报告题目：便携式心率测试仪 院系信息工程学院 专业电子信息工程 学号 学生姓名 指导教师 开题报告日期
一、课题来源、国内外研究现状与水平及研究意义、目的。 1．课题来源 便携式心率测试仪 2．国内外研究现状与水平 便携式医疗设备正不断改进数以百万计患者的医疗保健条件。现在外国的先进运动手表甚至能够无线记录用户的心率。未来，还将有众多能显著改善医疗实施及其效果的创新型医疗应用产品。 满足便携式医疗领域的微处理器需求给半导体企业带来了挑战。虽然工程设计无外乎是在相对立的功能、规范以及空间限制条件之间进行取舍，但是这种平衡取舍在便携式医疗领域往往非常棘手。医疗市场的相关需求往往很难协调，如小尺寸与高功能性、低功耗与高性能模拟，以及超长电池使用寿命与高处理能力等。这些产品需要模数转换器 (ADC)、可调节增益、电源管理以及液晶显示屏 (LCD) 等。这些都将是需要我们更多的去研究和发展。 3．研究意义和目的 以往专门测量心率值的仪器较少，人们为了知道自己的运动或者劳动强度是否超负荷，尤其是老年人或运动员等，他们都得赶到医院而不能实时测量和预知。为了观测“预防为主”的方针，为了实现人人能享受基本医疗保健的目标，把过去的以医院为轴心的医疗服务体系过度到以家庭为基础的社区卫生服务体系已成为必 然趋势。所以便携式医疗仪器已相继问世。便携式心率测试仪属于一种集轻型化、一体化、可视化等优点的测试仪；同时它适合在家庭和社区条件下使用。心电诊断仪、心率计的应用在心血管疾病的研究和诊断方面发挥出显著的作用，它们所记录的心脏活动时的生物电信号，已成为临床诊断的重要依据。该心率仪可用于临床心率监护；并为体力劳动者劳动强度测定、运动员及士兵训练强度测定等提供确凿的和必不可少的生理指标。 二、研究内容，拟采取的研究方法、实验过程、预期成果。（附主要参考文献）1．研究内容 将脉搏通过传感器转为电压信号，再通过不同的集成芯片将电压信号完成放大、滤波、整流等一系列工作，然后利用单片机进行处理计算。实现在任何地点任何时间都能快速检测出人体的心率，达到集轻型化、一体化、可视化等优点于一身的系统。 2．拟采取的研究方法 了解课题所需知识点，然后翻阅相关资料和教材，通过网页搜索查找相关资料，计算各参数，了解各元器件的功能作用，设计电路图，用相关的仿真软件进行仿真，最后进行实物调试。
重申明 本人呈交的毕业实习报告（设计），是在导师的指导下，独立进行实习和研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的容外，本毕业实习报告（设计）的成果不包含他人享有著作权的容。对本毕业实习报告（设计）所涉及的实习和研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本毕业实习报告（设计）的知识产权归属于作者与培养单位。 学生签名 日期2012.12
摘要 本作品根据题目要求指示，以精准脉搏测量电路为核心，以TI公司提供的LaunchPad MSP430（G2553）单片机开发板为核心控制。应用单片机部集成的10位8通道多路ADC做模数转换，与外部电路构成测试系统。本作品根据题目要求使用+3.6V电源供电，测试仪在测量状态时，能在光电探头达到合适测试部位时自动启动测量，1分钟完成测量后自动待机，直至撤离探头并再次达到测试部位时自动启动下一次测量。同时具有脉搏上下门限警报、监护状态和回放状态，并可在128×64点阵屏幕上动态显示光电脉搏信号波形等功能。 本题目来自“2012年全国大学生电子设计大赛TI杯赛区” 关键词：自动测量；上下限报警；回放；监测；光电探头
目录 1 选题意义 (1) 2 系统方案 2.1方案比较 (2) 2.2系统描述 (2) 2.2.1芯片基本工作原理 (3) 2.2.2整体描述 (3) 3 脉搏测量原理 (4) 4 电路分析 4.1 CPU控制电路 (5) 4.2信号采集和信号处理电路 (6) 4.3键盘电路 (7) 4.4显示电路 (8) 4.5报警电路 (8) 5 程序分析 5.1 程序总体流程图 (9) 5.2 核心程序流程图 (10) 5.3 开发环境介绍 (10) 5.4脉搏计数算法 (11) 5.5 程序节选 (12) 6 系统测试 6.1测试结果及分析 (14) 6.2作品展示 (15) 结论 (16) 参考文献 (17)
1.消抖电路： 2.分频器： library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity fpq is port (clk: in std_logic; f50k:buffer std_logic:='0'; f1k:buffer std_logic; f5k:buffer std_logic; f2k:buffer std_logic; f100hz:buffer std_logic; f2hz:buffer std_logic; f1s:buffer std_logic; f6s:buffer std_logic:='1'); end fpq; architecture one of fpq is signal count_6s,count_100: std_logic_vector(3 downto 0); signal count_1m,count_1s,count_05s,count_1k,cou nt_2k, count_5k: std_logic_vector(8 downto 0); signal count_hec:std_logic_vector(9 downto 0); signal fpq_hec:std_logic_vector(9 downto 0); Begin --50khz process(clk) begin if(clk'event and clk='1')then if(count_1m="011111001")then--500分频(系统时钟25MHz) count_1m<="000000000"; f50k<=not f50k; else count_1m<=count_1m+1; end if; end if; end process; --5Khz process(f50k) begin if(f50k'event and f50k='1')then if(count_5k="00000100")then--10分频count_5k<="000000000"; f5k<=not f5k; else count_5k<=count_5k+1; end if;
五邑大学 电子系统设计开题报告题目： 院系电子信息学院 专业电子信息工程 学号 学生姓名陈伟瀚 指导教师张京玲 开题报告日期2011.9.13 五邑大学教务处制 2011年8月
说明 一、开题报告应包括下列主要内容： 1．课题来源及研究的目的和意义； 2．国内外在该方向的研究现状及分析； 3．本课题研究的主要内容； 4．具体研究方案及进度安排和预期达到的目标； 5．预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施； 6．主要参考文献。 二、对开题报告的要求： 1．开题报告的字数应在2000字左右； 2．阅读的主要参考文献应不少于5篇，英文参考文献量根据专业的不同确定，本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料。 3．参考文献采用顺序编码制，即在开题报告引文中按引文出现先后以阿拉伯数字连续编码，序号置于方括号内，并作为上标出现。 4．参考文献书写顺序：序号作者.文章名.学术刊物名.年，卷（期）：引用起止页。
一、课题来源、国内外研究现状与水平及研究意义、目的。 1．课题来源 自拟题目。 2．国内外研究现状与水平 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，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。 3．研究意义和目的 脉诊是中医独创的诊断方法,这是由于人体内部各器官的健康状态可以在脉搏信息中反映出来。自古以来，脉诊一直是中医检查病人情况的一种手段。 科学已经证明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，能反映出人体心血管系统中许多生理疾病的血流特征。 随着科学技术的发展，各个学科之间的结合越来越紧密。而心率检测仪（脉搏测量仪）就是科学发展下，信息学科与生命学科结合的一种产物。 二、研究内容，拟采取的研究方法、实验过程、预期成果。（附主要参考文献）1．研究内容 1．便携式心率测试仪的第一部分基本功能： 心率信号由传感器(例如光电传感器) 模块进行采集 采集后的信号经过放大和滤波（特别滤除50HZ信号的干扰），进行整形后，得到幅值在0~5v的脉冲信号 2．便携式心率测试仪的第二部分基本功能： 可选用单片机进行心率测定，在数码管上显示出被测者心率 也可选用可编程器件PLD（进行仿真）进行心率测定和显示 2．拟采取的研究方法 综合各方面因素，决定采取光电传感器来抓取心率信号。 血液是高度不透明的液体，光照在一般组织中的穿透性要比血液中大几十倍，据此特点，采用光电效应手指脉搏传感器来拾取脉搏信号。反向偏压的光敏二极
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
江西工业贸易职业技术学院毕业设计 摘要 随着生物医学工程技术的发展, 医学信号测量仪器日新月异。生物医学测量与临床医学和保健医疗的联系日益紧密。通过对人体各种生理信号的检测，能更好的认识人体的生命现象。脉象包含丰富的人体健康状况信息, 脉诊技术应客观化、定量化。本设计利用光电式传感器, 设计脉搏信号获取的方法。本设计主要是基于单片机的便携式脉搏测试仪的具体实现方法，利用光电传感器产生脉冲信号，经过放大整形后，输入单片机内进行相应的控制，从而测量出一分钟内的脉搏跳动次数，快捷方便。通过观测脉搏信号，可以对人体的健康进行检查，通常被用于保健中心和医院。本设计所设计的基于单片机的便携式心率测试仪对推进脉诊技术客观化的实现具有积极的促进作用。 脉搏；单片机；光电传感器；脉冲信号；便携式关键词： I 江西工业贸易职业技术学院毕业设计 目录 摘要I........................................................................................................................................ .第1章引言....................................................................................................................... 11.1概述. (1)
1.2基于单片机的心率测试仪的发展与应用 (2) 1.3本设计的主要内容 (3) 第2章整体方案分析.................................................................................................... 4. 2.1任务 (4) 2.2要求 (4) 2.3系统的整体方案 (4) 2.4 方案的对比和论证 (4) 2.4.1脉搏检测传感器的选择 (4) 2.4.2单片机的选择 (6) 2.4.3显示部分的选择 (6) 2.5设计时要考虑的问题 (7) 2.5.1环境光对脉搏传感器测量的影响 (7) 2.5.2电磁干扰对脉搏传感器的影响 (7) 2.5.3测量过程中运动噪声的影响 (8) 2.6本章小结 (8) 第3章硬件电路设计分析........................................................................................... 93.1控制 器 (9) 3.1.1AT89S52 (9) 3.1.2AT89S52的特点 (9) 3.1.3AT89S52的结构 (9) 3.2脉搏信号采集....................................................................................................... 12 3.2.1光电传感器的结构及原理 (12) 3.2.2信号采集电路 (13) 3.3信号放大电路....................................................................................................... 13
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：
实验三血压测量 一．实验目的 1．掌握用柯式音的原理来测量人体血压。 2．利用LabView工具，实现电子血压计功能。 二．实验原理 如图所示，由IC2 与其外接电阻电路构成一恒流源电路，其6 端输出一恒定的电流，提供给压力传感器SE1 的2 端；IC4 构成温度补偿电路，其输出端 6 端接至IC5 的5端。当血压信号通过SE1 压力传感器接收并转换成电压信号传至IC5的2、3 脚，调节RP1 电位器大小来改变的放大倍数（顺时针信号放大），经过差动放大后输至IC3 实现驱动输出。三．实验步骤 1．接线：将AI2 和GND 与labjack 的AI2 和GND 端连接起来；IO0 和GND 与labjack 的
IO0 和GND 端连接起来；袖套通过三通阀与压力表、充气囊、放气阀及电充气泵连接 起来，把一个出气口接入压力传感器（SE1）的上端，电充气泵的红线（或蓝色）接入J71 的“5V”，黑线（或白线）接入J71的“IO0”，这样气泵受IO0 控制，打开LJLogger程序，IO0 为“1”时打气，“0”时停止。 2．调试与结果： 1）标定：将袖套缠绕在白色塑料管上（注意：对袖套进行充气时，必须绑在白色塑料管或手臂上，否则会破损），未充气时，即压力表指示为零时，调节软件参数使AI2 端输出信号显示应为零；用气囊冲气至某一满量程值，压住放气阀，RP1可调节量程，使AI2 端输信号显示为某一压力值，比如120 毫米汞柱电压为2V。然后徐徐放气至完毕，基本得到电平与气压成正比的线形曲线。 2）测人体血压：将袖套缠绕在人体上手臂上，通过气囊或气泵充气至大于收缩压时停止充气（大概140--180毫米汞柱），通过可调节的放气阀徐徐放气（可调节放气的速度），观察屏幕血压信号波形，当血压信号下降过程中出现第一次波动时，即为收缩压值；当继续放气时可看到电平波动由小到大再变小，直到电平没有波动即为舒张压值。 3．注意：在使用LABJACK软件Ljstream时，在“Configure Channels”通道选者择中，四路全部选择AI2，即选择channeA:AI2、channeB:AI2、channeC:AI2、channeD:AI2，按Save&Exit 返回主界面； 四．实验内容 利用LABVIEW软件实现电子血压计的功能，可显示压力变化过程，同时得到收缩压、舒张压及心率。 五．实验数据及实验结果 用血压计直接测量 柯式音法：通过袖带加气压挤血管，使血流完全堵断，这时用听诊器听血管的波动声是没有的，然后慢慢放气至听到脉搏声，此时认为是高压即收缩压。继续放气通过听诊器能听到强而有力的脉搏声，且慢慢变轻，直至听到很平稳较正常脉搏声。这时认为血管完全未受挤压，也就是作为低压，即舒张压。 测得到血压为：收缩压：106pa 舒张压：65pa 电子测量法 首先进行标定，我们测得的数据是 当P=120pa 时V=3.5824mv 当P=0pa时V=0mv 设P=kV,则 120=13.5824k ① 由①解得： P=33.497*V 得到标定表达式输入labjack进行标定。
五邑大学 电子系统设计结题报告题目：便携式心率测试仪 院系信息工程学院 专业电子信息工程 学号 学生姓名 指导教师 报告日期2012.12.18
目录 1、摘要 (2) 2、课题研究意义 (2) 2.1.背景 (2) 2.2 设计任务与要求 (2) 3、方案设计说明 (2) 3.1硬件电路原理分析说明 (2) 3.1.1信号放大电路 (2) 3.1.2滤波电路 (3) 3.1.3整形电路 (4) 3.1.4单片机信号处理电路 (4) 3.1.5数码管显示电路 (5) 3.2软件设计 (6) 3.2.1编程环境与开发工具 (6) 3.2.2源程序及注解 (7) 4、调试过程遇到的问题与解决的方法 (9) 5、5、设计总结及体会 (9) 6、参考文献 (9) 7、附录 (10)
1、摘要 本文设计了一种基于STC89C51单片机实现的便携式心率测试仪.接受心率测试检测模块发送的信号并对信号进行检测分析并显示，从而实现心率测试功能。该系统的硬件单元包括信号放大电路、滤波电路、整形电路、单片机控制电路和数码管显示电路。采用了放大电路后，使得采集的脉搏信号放大到整形电路要求的电压幅度。滤波电路消除了干扰，得到特定频率的低频信号。整形电路把模拟信号转换成单片机能够处理的数字信号。单片机内的处理程序将接收到的信号进行监测分析，得出心率值，经单片机I/O口发送给由数码管组成的显示模块显示。 2、课题研究意义 2.1背景 1）健康的重要性不言而喻，越来越多的研究表明心率是健康极其重要的指标。一般人们为了知道 自己的运动或者劳动强度是否超负荷，尤其是老年人、运动员等，他们都得赶到医院而不能实时 测量和预知。为了贯彻党和国家“预防为主”的医疗方针，满足人们能享受基本医疗保健的愿望， 便携式心率测试仪应运而生，也极具市场潜力。 2）心脏病人往往需要经常去医院定期心脏检测，此仪器可以随时将病人的心脏情况记录和保存， 并发送给医生，从而给病人带来便捷也有助于治疗；当心脏类疾病突发时，也可以提前将心脏情 况发送给医生，从而缩短救援时间，提高救援成功率。 2.2设计任务与要求 2.2.1设计任务：设计基于C51单片机的便携式心率测试仪。 2.2.2要求：（1）设计脉搏波放大、滤波、整形电路，实现所采集的脉搏信号的放大、滤波、 整形。 （2）设计单片机电路及处理程序与数码管显示电路，实现心率信号的处理与正 确显示。 3、方案设计说明 3.1硬件电路原理分析说明 3.1.1信号放大电路 作用：将采集的幅度值过小的心率信号放大到足够大的幅值。 原理：电路如图所示:利用运算放大器实现反向比例放大电路。运算放大器在深度负反馈的条件下 工作于线性区，根据“虚短”和“虚断”的概念对以上电路进行分析，可得： 放大器增益Ua=-R17/R16=20 电路采用LM324双极型线性集成放大器，有直流电压增益高(约
《机械工程测试技术》 课程设计 脉搏测量仪的设计 姓名：张峰 学院：机电工程学院 专业：机械设计制造及其自动化班级：2010级本科4班 学号：201015130457 完成日期：2012年12月28日
摘要 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。本文介绍一种用单片机制作的脉搏测量仪，只要人把手指放在传感器内2秒钟就可以精确测量出每分钟脉搏数，测量结果用三位数字显示。 关键词：AT89C2051；单片机；脉搏测量仪
目录 第一章引言 (1) 第二章基本结构模块 (2) 2.1脉搏波检测电路 (2) 2.2脉搏信号拾取电路 (2) 2.3信号放大 (3) 2.4波形整形部分 (5) 第三章整体电路分析 (7) 3.1光发射电路 (7) 3.2光电转换电路 (7) 3.3信号采集及处理系统 (8) 3.4过采样技术的应用 (8) 3.5整体硬件电路设计 (9) 参考文献 (10)
第一章引言 脉搏测量属于检测有无脉博的测量，有脉搏时遮挡光线，无脉搏时透光强，所采用的传感器是红外接收二极管和红外发射二极管。用于体育测量用的脉搏测量大致有指脉和耳脉二种方式。这二种测量方式各有优缺点，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。 从脉搏波中提取人体的生理病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历来都受到中外医学界的重视。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。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, 必需经过放大和后级滤波以满足采集的要求。
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
脉搏测试仪设计报告 摘要：本系统以ST12C5A60S2单片机为核心，利用红外线发射二极管和接收二极管作为信号检测传感器，通过LM324信号放大电路，最终使用四位一体数码管作为显示器件。系统利用红外对管将人体心脏跳动使血管中血液饱和程度的变化将引起光的强度发生的变化，红外接收二极管的电流也跟着改变，导致红外发射管输出脉冲信号，经过由LM324构成的放大电路将脉冲信号放大整形，传送至单片机进行信号计算处理，最后将数据结果送到数码管进行显示。由此来对人体心率的数据进行测量。 关键词：ST12C5A60S2、红外线发射二极管、接收二极管、LM324、MY3641AH
Abstract：The system is based on the ST12C5A60S2 single-chip microcomputer as the core, with the infrared emitting diode and receive diode as sensor, signal amplifier circuit with LM324 as the core device, with 2MY3641AH four in one as a digital control display device. Through infrared to control the human beating heart vascular blood saturation degree of change will cause the light intensity changes, the infrared receiving diode current also change, resulting in the infrared emission tube output pulse signal, after which is composed of LM3243stage amplifying circuit amplifies the pulse signal is transmitted to the single chip microcomputer, signal processing, finally the data sent to the digital tube display. According to the data measured on human heart rate. Key words: ST12C5A60S2, infrared emitting diode, receiving diode, LM324, MY3641AH 目录
安徽机电职业技术学院毕业论文基于STM32的脉搏测量仪设计 系别电气工程系 专业xxxxxxxxxxxxx 班级xxxxxxxxxxx 姓名xxxxxxxxx 学号xxxxxxxxxxx 指导教师xxxxxx 2014 ～ 2015 学年第一学期
安徽机电职业技术学院2015届毕业生 毕业论文成绩评定单 姓名xxx 专业xx 班级xxxx 课题基于STM32的脉搏测量仪设计 评分标准分值得分 指导教师评语（40分）设计方案合理、实用、经济、原理分析正确、严密，内容完整。 10 计算方法正确，计算结果准确，程序设计正确简洁，工艺合理。 5 元器件（材料）选择合理，明细表规范。 5 图面清晰完整，布局、线条粗细合理，符合国家标准。 5 文字叙述简明扼要，书写规范。 5 按时独立完成，同学相互关心，遵守制度，认真负责。 10 合计得分：指导教师签名：日期：年月日 评阅教师评分（30分）内容充实，有阶段性成果，有应用价值。 10 图纸、论文如实反映设计成果，有理论分析，又有实践过程。 10 语句通顺，思路清晰，符合逻辑。 5 图标清晰，文字工整，字符和曲线标准化。 5 合计得分：评阅教师签名：日期：年月日 答辩评分（30分）自述条理明确，重点突出。 5 基本概念清楚，回答问题正确。 15 专业知识运用灵活，解决问题技术措施合理。 10 合计得分：答辩组长签名：日期：年月日 总得分：等级系主任签名：日期：年月日
指导教师评语 等级签名日期
题目基于STM32的脉搏测量仪设计 学生姓名x 学号x 指导教师xx 系部电气工程 系 班级x 顺序号第 1次 学生完成毕业论文（设计）内容情况第一周: 指导老师布置毕业设计课题，要求学生查阅有关毕业设计的相关资料； 学生签名： 时间：年月日 教师指导 内容记录 教师签名： 时间：年月日