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。本设计以单片机为核心，由脉搏检测传感器采集脉搏信号。经过前置放大电路、滤波电路、整形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长周期的计算。然后得到每分钟的脉搏搏动次数（即心率），并在数码管上显示心率，同时还设置了脉搏测量仪的上下限报警电路。
关键词：脉搏信号，单片机，光电传感器，脉冲信号，便携式心率测试仪
Abstract
With the development of the biomedical engineering technology, the medical signal measuring instrument is changing everyday. Biomedical measurement and clinical medicine and health care increasingly close ties. We could better understand the phenomenon of human. life through various physiological signal detection of the human body. Pulse inclusions rich state of the health information, By using optical sensors, With the high development of electronics and computer nowadays, the pulse diagnosing technology should be objective and quantitive. this text access to the pulse signal design methods. This paper mainly introduces the concrete realization method for digital pulse counter, which uses photoelectric sensors to generate pulse signal. The pulse signal is amplified and regenerated to input into MCU to carry out corresponding control, as a result the pulse number per a minute is measured. The use of the pulse counter is quick and convenient. Through observing the pulse signal, human health can be inspected, it is usually used in health care centers and the hospitals. In my design, Portable heart rate measuring instrument based on MCU has a positive role in promoting the objective of the pulse technology.
Key words: Pulse，MCU，Photoelectric Sensor，Pulse Signal，Portable
目录
摘要.......................................................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................................................ I I 1绪论 .. (1)
1.1课题设计背景 (1)
1.2国内外研究现状 (2)
1.3设计的主要内容 (3)
2系统的总体设计方案 (4)
2.1系统的总体设计 (4)
2.2方案的对比和论证 (4)
2.2.1脉搏检测传感器的选择 (4)
2.2.2单片机的选择 (6)
2.2.3显示部分的选择 (6)
2.3系统各部分的最终方案 (7)
3系统的硬件部分设计分析 (8)
3.1单片机控制器 (8)
3.1.1单片机stc89c52介绍 (8)
3.1.2单片机复位电路 (11)
3.1.3单片机时钟电路 (12)
3.1.4数码管显示电路 (12)
3.1.5报警电路 (13)
3.2脉搏信号采集 (14)
3.2.1光电传感器的结构及原理 (14)
3.2.2信号采集电路 (15)
3.3信号放大电路 (16)
3.4波形整形电路 (17)
3.5单片机处理电路 (17)
3.6系统设计要考虑的问题 (19)
3.6.1环境光对脉搏传感器测量的影响 (19)
3.6.2电磁干扰对脉搏传感器的影响 (19)
3.6.3测量过程中运动噪声的影响 (20)
3.6.4电源不稳定导致光源供电波动带来影响 (20)
4系统的软件设计 (21)
4.1设计思想 (21)
4.1.1主程序流程图 (22)
4.2定时器中断程序流程 (23)
4.3 INT中断程序流程 (23)
4.4显示程序流程 (24)
4.5蜂鸣器报警流程 (24)
5系统仿真与调试 (26)
5.1 程序设计 (26)
5.2 程序调试 (26)
6总结与展望 (29)
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. 参考文献 (31)
致谢 (33)
附录A (34)
附录
B .................................................................................................................... 程35
IV
1 绪论
1.1 课题设计背景
多年来，心率测试仪在心脑血管疾病的研究和诊断方面发挥出显著的作用，它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。临床上使用的心电监护仪虽然功能强大，测量精度高，但因为价格高昂，不利于家庭的普及。就算是在医院，护士每天监控病人病情而进行的心率测试也是常用手测。因为正常人的心率和脉搏跳动的次数是一样的，所以可以用测量脉搏的方法来测心率。因此，本设计采用的是设计一种脉搏测试仪测量脉搏数从而实现心率的测量的方法。
脉搏测试仪是用来测量一个人脉搏跳动次数的电子仪器，也是心电图的主要组成部分,因此，在现代医学上具有重要的作用。目前检测脉搏的仪器虽然很多，但是能实现精确测量、精确显示且计时功能准确等多种功能的便携式全数字脉搏测量装置很少。随着人们生活环境和经济条件的改善，以及文化素质的提高，其生活方式，保健需求以及疾病种类、治疗措施等发生了明显的变化。但在目前，我国的心脑血管疾病仍呈逐年上升趋势。其发病率和死亡率均居各种疾病之首，是人类死亡的主要原因之一。因此，认识、预防及早期发现这些疾病是十分必要的。
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。
本设计旨在设计出一种以单片机为核心的一种实用型脉搏测量仪。采用脉搏检测传感器对人体的脉搏进行数据采集。得到的信号送入进行滤波、放大、整形等处理之后送入单片机进行处理。单片机将采集到的脉搏数在数码管上实时显示出来，同时还设置了脉搏测量仪的上下限报警电路。本设计首先描述本设计的整体思路，然后介绍各个部分设计中的细节问题，最后提出一些完善本设计的改进意见。
本设计所设计的基于单片机的便携式心率测试仪，系统性能良好，结构简单，性价比高，输出显示稳定，比较适合大众化。适合家庭进行自我检测以及医院护士进行每日的临床记录。这使我们在家中就可以测试心率从而能检测是否患有一些心血管疾病，做到早发现。
1.2 国内外研究现状
在我国传统中医学的诊断中，“望、闻、问、切”是最基本的四个方面。而在其中，切，也就是脉诊，占有非常重要的地位。通过脉诊，医生可以对患者的身体状况有一个大概的了解，进而对症下药。脉搏信号可以直接反应出患者心脏的部分状况，我国传统中医学认为，通过脉诊可以了解到患者脏腑气血的盛衰，可以探测到病因，病位，预测疗效等。
鉴于脉诊的重要性，人们对于脉搏测量一直非常关注，早在1860 年Vierordt 创建了第一台杠杆式脉搏描记仪，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、广州、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。
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。而由于脉搏传感器的不同，现今市场上的脉搏测试仪的脉率采集主要有三种方法：采用一对红色发光二极管实现、采用反射式的红外管实现和采用压电陶瓷芯片实现。近年来国内外致力于开发无创非接触式的传感器，这类传感器的重要特征是测量的探测部分不侵入机体，不造成机体创伤，能够自动消除仪表自身系统的误差，测量精度高，通常在体外，尤其是在体表间接测量人体的生理和生化参数。
脉搏测量仪的发展主要向以下几个趋势：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血氧等其他的功能，但是对这些信号的分析和诊断还需要一些有经验的医生观察，进行分析后才能确认结果，浪费大量的人力，且由人为引入的误差较大。因此，未来脉搏自动检测的内容将更加详细，自动分析诊断功能也更强大。
2、数字化技术等先进技术的应用随着数字科学技术的发展，脉搏测量仪集成度
将更高，更便于携带。数字信
号处理的运用将使干扰更小，测量更为准
确。3、多功能化越来越明显
目前的脉搏测量仪，一般都具有测试血氧，心电图等等功能，单纯的脉搏测量仪已经很少见。随着电子技术的发展，脉搏测量仪必然可以实现更多的功能。
1.3 设计的主要内容
本设计以单片机为核心，由脉搏检测传感器采集脉搏信号。经过前置放大电路、滤波电路、整形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长周期的计算。然后得到每分钟的脉搏搏动次数（即心率），并在数码管上显示心率，同时还设置了脉搏测量仪的上下限报警电路。
本设计的工作是围绕着脉搏检测传感器检测脉搏波而单片机进行控制进行的。本设计的设计内容安排如下：
第一章为引言。简要介绍了心率测试仪设计的目的和意义，并对基于单机的便携式心率测试仪的现状和应用以及未来的发转走势做了简单的阐述，指出了本设计的主要技术内容，即心率的测试。
第二章为整体方案的分析。顾名思义第二章是对整个方案的详细的对比与选择并确定最终方案。在确定方案之前我必须先明确本设计的任务与要求，之后是各个部分的对比选择。
第三章是本设计的核心。在这里给出了整体的硬件电路设计思路，并且对电路的各个部分进行分析与解释。
第四章叙述程序的编程方案，给出程序的框架结构图并对整个设计进行总结，而且对以后的设计工作进行了展望。
2系统的总体设计方案
2.1系统的总体设计
本设计的系统模块可以基本划分为：脉搏传感器部分、单片机处理电路部分、显示电路部分和报警电路部分。
本设计所设计的基于单片机的便携式脉搏测量仪将利用脉搏检测传感器采集脉搏信号，再对其进行整形、计数和显示，就能实现实时检测脉搏次数的目的，再通过报警电路可实现报警功能。本设计结构硬件框图如图 2.1 所示。
图 2.1 系统结构框图
2.2 方案的对比和论证
基于单片机的便携式心率测试仪的设计。本设计以单片机为核心，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长周期的计算。然后得到每分钟的脉搏搏动次数（即心率），并在数码管上显示，并且在超出设定的正常脉搏跳动范围时，驱动蜂鸣器报警。
2.2.1 脉搏检测传感器的选择
传感器又称为换能器、变换器等。脉搏传感器是脉搏检测系统中重要的组成部分。1、光电
式传感器
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
管，它的反向电流具有随光照强度增加而增加的光电效应特性，在一定光强范围内，光敏二极管的反向电流与光强呈线性关系。指端血管的容积和透光度随心搏改变时，将使光电三极管极管收到不同的光强，并由此产生的光电流均随之作相应变化。常用检测脉搏的光电传感器一般是红外对管。
红外对管将对管夹于手指端部，通过手指的血液浓度会随着心脏的跳动发生变化，红外对管对应的信号便会发生相应的变化，采集此信号经过放大，滤波，比较等处理便可以得到理想的信号。红外对管对脉搏的检测的基本原理：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，组织的半透明度增大。这种现象在人体组织较薄的手指尖、耳垂等部位最为明显。
光电式传感器具有灵敏度高，易于操作，响应速度快，结构简单等优点。虽然外部光源的变化对测量结果的影响较大，但我们进行测量的地方一般都是在室内，有稳定的光源，所以在正常的操作过程中只要稍微注意下光源的问题就可以
了。2、压电式
传感器
目前常用的是一次性心电电极，它是用印刷方法制得的 Ag/ Agcl 传感器。这种传感器采用接扣与敏感区分离的方法，能明显的减少由于人体运动产生的干扰。电极的好坏对采集到的心电信号质量起着至关重要的作用，采用的电极应有贴力强，能紧附在人体表面，柔软、吸汗、极化电压低、导电性良好等特点。当选用电极传感器时，需要 3 个电极分别置于左右手和左腿，构成标准导联。临床上为了统一和便于比较所获得的脉搏信号，在检测脉搏信号时，对电极的位置，引线与放大器的连接方式都有严格的统一规定。
目前市场上有一种采用新型高分子压电材料聚偏氟乙烯研制的压电传感器，其灵敏度高,频带范围好，结构简单，便于使用。当手指前端受到轻微的压力时，
可以感觉到手指前端在血压的作用下有一张一弛的感觉，将这个信号用传感器提取出来，转变为电信号，通过指脉的波形检测，就可以获得人体的脉搏信号。
压电式传感器有着结构简单，实时性好，工作频带宽，应用电路简单等诸多优点，并且价格低廉。但压电式传感器直接与人体相接触，容易因为人体肌肉的颤动等而产生干扰。而肌肉的颤动不是人能主动控制的，所以说这部分的误差很
难控制。并且使用压电式传感器测脉搏还容易受到外界其他信号的干
扰。3、集成传感器
当前，市面上有很多类型的集成心电传感器，其灵敏度高，集成度高，直接就可以反映出心率的变化，且已包含了滤波等抗干扰电路，波形经过放大可以直接处理使用。缺点是价格非常昂贵，一般均在五百元以上，就本次设计来说，考虑到经费以及锻炼自己的目的，不选择使用该型传感器。
综合考虑种种情况，结合本系统的设计要求以及经费的考虑，本设计采用光电式传感器。
2.2.2 单片机的选择
对于单片机型号，最熟悉的就是C51 系列，其中包括AT89C51，AT89C52 在AT89C51 的基础上有些改进，但是听有经验的同学说以型号 AT 开头的的单片机在烧写程序时不容易进行烧写，于是考虑采用以型号是以 STC 为开头的单片机，通过查资料了解发现 STC89C52 在功能上与 AT89C52 相似，为此，本设计单片机采用
STC89C52 型号单片机。
2.2.3 显示部分的选择
根据题目要求，设计出来的系统是可以设定报警的范围的。在单片机的应用系统中，为了便于人们观察和监视单片机的运行情况，常常需要用显示器显示运行的中间结果、状态等信息，因此显示器也是不可缺少的外部设备之一。显示器的种类很多，从液晶显示、发光二极管显示到 CRT 显示器，都可以与微机配接。在单片机应用系统中常用的显示器主要有发光二极管数码显示器，简称 LED 显示器。LED 显示器具有耗电省、成本低廉、配置简单灵活、安装方便、耐振动、寿命长等优点。但与LCD 相比显示内容有限，不能显示图形，因而其应用有局限性。LED 数码管显示器是由发光的二极管显示字段组成的。在单片机应用系统中使用最多的就是七段 LED 数码管，有共阴极和共阳极两种。七段 LED 数码管显示器有 8
个发光二极管，其中从a~g 管脚输入显示代码，可显示不同的数字或字符，Dp 显示小数点。共阴极LED 数码管显示器的公共端为发光二极管阴极，通常接地，当发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮。共阳极的LED 数码管显示器的公共端为发光二极管的阳极，通常接+5V 电源，当发光二极管的阴极为低电平时，
发光二极管点亮。
通过比较，我们可以发现 LED 动态显示更加适合本设计，所以就采用此方法。2.3 系统各部分的最终方案
本章主要介绍了常见的用于脉搏检测的三种传感器，并对这三种感器的优缺点进行了比较。本设计采用的单片机芯片的型号是 STC89C52，在本章主要介绍了它的一些特点。最后，给出了最终的设计方案和硬件框图。
数码管
脉搏传感
STC89C52 显示电
器电路路
单片机处
震荡电路
理电路蜂鸣器
复位电路
报警电
路
图 2.3 设计框图
7
3系统的硬件部分设计分析
3.1单片机控制器
经过第2 章的叙述已经确定了完成本设计所需要的主要元器件，所以本章开始讲述基于单片机的便携式心率测试仪的设计的硬件电路的设计。
在这里，单片机要实现对脉搏信号的处理。在检测到第一个脉冲到达时，开启定时器，然后在下一个脉冲到达时，关闭计时器，如此就可以求得一次心跳所需要的时间，然后由该周期就可以得到一分钟的脉搏数。
3.1.1 单片机 stc89c52 介绍
STC89C52 是 STC 公司生产的一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。STC89C52 使用经典的MCS-51 内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统 51 单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能：8k 字节 Flash，512 字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，3 个 16 位定时器/计数器，4 个外部中断，一个7 向量4 级中断结构（兼容传统51 的5 向量2 级中断结构），全双工串行口。另外 STC89X52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T 可选。STC89C52 单片机引脚图如下图 2.2 所示。
图 2.2
STC89C52RC引脚功能说明引
脚按其功能可分为如下3类：
1、电源及时钟引脚——VCC、VSS；XTAL1、XTAL2；
2、控制引脚
——RST/VPD、ALE/PROG、PSEN、和EA/VPP；
3、I/O 口引脚——P0、P1、P2、P3，为 4 个 8 位 I/O 口。
1、电源及时钟引脚
(1)电源引脚
VCC：5V 电压。
GND：接地。
(2)外接晶体引脚
XTAL1：接外部晶体振荡器的一端。当使用芯片内部时钟时，此脚用于外接石英晶体振荡器和微调电容；当使用外部时钟时，对于HMOS 单片机，此引脚接地；对于 CMOS 单片机，此引脚作为外部振荡信号的输入端。
XTAL2：接外部晶体振荡器的另一端，当使用芯片内部时钟时，此脚用于外接石英晶体振荡器和微调电容。当使用外部时钟时，对于HMOS 单片机，此引脚接外部振荡源；对于 CMOS 单片机，此引脚悬空不接。
AT89S52 晶体振荡器频率可在 6MHz 40MHz 之间选择，常选 6MHz 或 12MHz 的石英晶体。电容的值没有严格要求，但其取值对振荡器的频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度稍有影响，C1、C2 可在20pF~100pF 之间选择。当外接晶体
振荡器时，电容可选 30pF±10pF；外接陶瓷振荡器时，电容可选 40pF±10pF。
2、控制引脚
RST / VPD ：复位端。当输入的复位信号持续2个以上机器周期(个晶体振荡周期）高电平即为有效，用于完成单片机的复位初始化操作。正常工作时，此脚电
平应≤ 0.5V。
在VCC 发生故障、降低到电平规定值掉电期间，此引脚可接备用电源VPD（电源范围 5V±0.5V），由 VPD 向内部 RAM 供电，以保持内部 RAM 中的数据。
ALE / PROG ：地址锁存使能。ALE（Address Latch Enable）；PROG（Program）ALE / PROG 为CPU访问外部程序存储器或外部数据存储器提供地址锁存信号，将低8 位地址锁存在片外的地址锁存器中。ALE/PROG引脚第二功能，对片内 Flash 编程，为编程脉冲输入端。
PSEN ：（Programmer Saving ENable），外部程序存储器读选通信号。在读外部程序存储器时有效（低电平），以实现外部程序存储器单元的读操作。在访问外部
数据存储器、访问内部程序存储器时PSEN 无效。
EA / VPP ：（Enable Address/Voltage Pulse of Programming），访问程序存储控制
信号。当EA/VPP
＝“0”时，表示读外部程序存储器。只读取外部的程序存储器中的内容，读取的
地址范围为 0000H FFFFH（64KB），片内的 8KB Flash 程序存储
器不起作用。当＝“1”时，表示对程序存储器的读操作是从内部程序存
储器开始，并可延至外部程序存储器。在PC 值不超出0FFFH（即不超出片内4KB Flash 存储器的地址范围）时，单片机读片内程序存储器（4KB）中的程序，但当PC 值超出 0FFFH （即超出片内 4KB Flash 地址范围）时，将自动转向读取片外 60KB （1000H-FFFFH）程序存储器空间中的程序。对于EPROM（或FLASH）型单片机，在 EPROM 编程期间，此引脚需加 12.75V 或 21V 的编程电压。
3、I/O 口引脚
P0 口：P0 口是一组8 位漏极开路型双向I/O 口，也即地址／数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8 个TTL 逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗转入端用。
Pl 口：P1 是—个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。
P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流)4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。
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，每一位功能定义如表3.1所示。
表2.1 P3口的第二功能
端口引脚第二功能
P3.0 RXD(串行输入口)
P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 INT0(外中断 0)
P3.3 INT1（外中断 1）
P3.4 T0（定时/计数器 0）
P3.5 T1（定时/计数器 1）
P3.6 WR(外部数据存储器写选通)
P3.7 RD(外部数据存储器读选通)
3.1.2 单片机复位电路
单片机在启动时都需要复位，以使CPU 及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89 系列单片机的复位信号是从RST 引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果 RST 引脚上有一个高电平并维持2 个机器周期(24 个振荡周期)以上，则CPU 就可以响应并将系统复位。单片机复位电路如图 3.3 所示
C3
RST
10uF
R15
220
R1
2k
图 3.3 按键复位电路
3.1.3 单片机时钟电路
单片机可以看成是在时钟驱动下的时序逻辑电路。MCS-51 单片机为12 个时钟周期执行一条指令。也就是说单片机运行一条指令，必须要用12 时钟周期。没有这个时钟，单片机就跑不起来了，也没有办法定时和进行和时间有关的操作。单片机可以看成是在时钟驱动下的时序逻辑电路,单片机在工作过程中,所有工作都是在时钟信号控制下进行的,每执行一条指令,CPU 的控制器都要发出一系列特定的控制信号。单片机时钟电路如下图 3.4 所示
C1
X1
30pF
12M
C2
X2
1nF
图 3.4 时钟电路
3.1.4 数码管显示电路
LED 数码管是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。数码管显示电路如图 3.9 所示
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)
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 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
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：
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
目录 1.引言 (2) 2.系统基本方案 (2) 2.1.系统总结构 (3) 2.2.各个部分电路的方案选择及分析 (3) 2.2.1.脉搏传感器部分 (3) 2.2.2.单片机选择 (3) 2.2.3.显示部分 (4) 2.3.系统各模块的最终方案 (4) 3.系统硬件设计 (5) 3.1.单片机处理电路 (5) 3.1.1.STC89C51系列单片机的主要性能特点： (5) 3.1.2 .C51系列单片机的基本组成： (6) 3.2.复位电路 (9) 3.2.1.单片机复位电路 (9) 3.3.振荡电路 (10) 3.4.脉搏传感器部分 (10) 3.4.1.HK-2000A 集成化脉搏传感器 (10) 3.4.2.脉搏传感器接收电路 (12) 3.4.3 .电源电路 (12) 3.5显示报警部分 (13) 3.5.1.数码管显示电路 (13) 4.系统软件设计 (14) 4.1 主程序流程的设计 (14) 4.2 定时器/计数器中断程序流程的设计 (15) 4.3 显示程序流程的设计 (16) 5.总结 (18) 参考文献 (19)
1.引言 心率是最为常见的临床检查与生理研究的生理现象,且包含两个人类生命的重要信息，那就是血管和心脏的生理状态。人体各器官的健康状况、疾病等信息将以某种方式出现在脉冲的脉冲条件。许多有诊断价值的信息，比如有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息，我们可以通过对脉搏波检测脉冲图包含大量的诊断价值信息,也可以用来预测一些身体器官结构和功能的转变趋势, 通过对脉搏的检测可以对如高血压和糖尿病等引起的血管病变进行评估。同时脉搏测量还为血压测量，血流测量及其他某些生理检测技术提供了一种生理参考信号[1]。 在医院临床护理和日常的中老年保健中,脉搏是一个基本的生活指数,因此脉搏测量是最常见的生活特征提取。近年来在日常监护测仪器,如便携式电子血压计,可以完成脉冲测量。但是这种便携式电子血压计利用微型气泵压力橡胶气球,每次测量都需要一个压缩和解压缩的过程,有体积庞大、脉搏检测的精确度低、加减压过程会有不适等等的不足。 人类心室周期性的收缩和舒张，导致主动脉收缩压和舒张压，使血流压力可以能够以波的形式从主动脉根部，就开始沿着人体整个动脉系统流动，这种波称为脉搏波。脉搏波所呈现出的不同强度、各种形态、速率不一和跳动节律等方面的综合信息,在很大程度上反映出人体心血管系统血液流动在许多生理和病理特点。 本设计使用系统使用HK - 2000集成传感器转换电压脉冲信号,脉冲信号调节使用后AT89S51单片机对信号采集和处理,在很短的时间内,测量人体每分钟的脉搏数,和心率实时显示,便于携带。达到的目的, 快速、方便、准确地测量心率。脉搏测量系统性能好,结构简单,性价比高,稳定的输出显示,更适应流行,适合家庭每天自我反省和医院护士的临床记录。 2.系统基本方案 心率检测系统的设计，一定要通过收集脉搏的跳动变化反映出人体的生物的信号，然后生物信号转变成物理的信号，能使物理信号表达人体的心率变化，最后要的出每分钟的心跳频率，就一定需要相应的硬件电路及芯片来处理物理变化
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。
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
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
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)
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/f710814803.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
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请在此处放置学校LOGO！！！ 基于单片机的心率计设计 学院：_______________ 专业：_______________ 姓名：_______________ 学号：_______________ 2013年月日
目录 摘要 (3) 第一章引言 (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) 第二章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 LCD1602 (12) 第三章硬件系统设计 (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) 3.4 信号比较电路 (17) 3.5 LCD显示电路 (18) 3.7 键盘电路 (19) 第四章软件系统设计 (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) 第五章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：系统仿真图