下载文档原格式
数字心率计的设计摘要：本文是基于51单片机数字心率计的设计，采用了红外对管传感器和光电转换原理进一步实现对心率的检测。
心率计通过感知手指内的微弱波动来接收信号，可以避免人工听诊器所带来不必要的麻烦。
心率传感器采样脉搏信号，采用AT89S51单片机作为控制器，心率传感器输出方波传入单片机，单片机每接收一个脉冲波形，数码管就计数一次。
心率次数超限时用蜂鸣器报警。
三极管加大功率，驱动器件工作。
这样就实现了心率计数的功能，进一步达到了检测疾病的目的。
关键词：AT89S51单片机、心率计数器、LM358PDESING OF DIGITAL HEARAT RATE METERAbstract:This paper is the design of 51 single-chip digital rate meter based on the infrared tube, sensor and photoelectric conversion principle to detect heart rate. Heart rate meter to receive signals through the weak fluctuation in the finger of perception, so as to avoid unnecessary trouble caused by the artificial stethoscope. A heart rate sensor sampling pulse signal, uses AT89S51 as the MCU, a heart rate sensor output Fang Bo incoming MCU, MCU each receives a pulse waveform, digital tube counting time. The number of beats overrun with buzzer alarm. Increase power triode, drive to work. So as to realize the heart rate counting functions, further can detect diseases purpose.Key words:Heart counter、AT89S51、LM358P目录1、引言 (1)2、系统方案选择与论证 (1)2.1、任务 (1)2.2、心率计的选用 (1)2.3、各个电路的选择 (2)2.3.1、脉搏传感器部分 (2)2.3.2、单片机选择 (2)2.3.3、显示部分 (3)2.3.4、系统各模块的最终方案 (3)3、系统简述 (3)4、本系统核心器件简介 (4)4.1、 AT89S51单片机 (4)4.1.1、电源引脚 (5)4.1.2、外接晶体引脚 (5)4.1.3、控制信号或与其它电源复用引脚 (6)4.2、复位电路 (7)4.2.1、单片机复位电路 (7)4.2.2、按键电路 (7)4.2.3、振荡电路 (7)4.2.4、液晶电路 (8)4.3、 LM358P放大器 (10)5、程序设计 (12)6、软件的调试 (14)7、结束语 (15)参考文献 (16)谢辞 (17)附录1 程序清单 (18)附录2 系统原理图 (26)附录3 PCB图 (28)1引言随着社会的发展，人们的生活节奏越来越快了，面对越来越繁忙的工作，人们并不能像以前那样去做定期的体检啦。
基于单片机技术的脉搏信息采集系统的设计的开题报告一、选题背景：脉搏是人体内每分钟心脏跳动次数的表现，是反映人体血液循环系统运作状况的重要指标，也是医疗诊断和健康监测中常用的生物指标之一。
随着科技的不断发展和智能医疗的兴起，脉搏信息采集系统的研究也备受关注。
目前，市面上存在一些商用的脉搏计或脉搏检测器，但很多都过于简单，不够准确，不能满足人们对健康监测的需求。
二、选题目的：本项目旨在设计一种基于单片机技术的脉搏信息采集系统，以提高脉搏检测准确性和方便性，并为健康监管提供新手段。
具体目的如下：1.实现可靠、精确、稳定的脉搏检测功能；2.采用智能算法对脉搏信号进行处理和分析，实现脉搏信息的有效提取和分析；3.开发基于本系统的移动端APP，实现脉搏信息的记录、分析和分享。
三、研究内容：1.硬件设计硬件设计包括基础电路设计，传感器选择和数据采集模块的设计。
在传感器的选择方面，我们将考虑检测传感器的敏感度、抗干扰能力、响应时间和可靠性等因素。
2.软件设计软件设计包括单片机程序设计和移动端APP的开发。
单片机程序设计需要实现对传感器所采集到的脉搏信号进行处理和分析，提取具有代表性的特征，并实现脉搏信号的显示和记录。
移动端APP需要实现脉搏信息的记录、查询、分析和分享等功能。
3.系统集成系统集成指将硬件和软件集成起来，实现脉搏信息的实时采集、处理和显示，并将处理后的数据传输到移动设备上进行分析。
四、研究方法：1.理论分析通过查阅文献和资料，了解脉搏检测原理、传感器工作原理以及脉搏信号的特点，寻找合适的算法和方法来实现脉搏信息的采集和分析。
2.实验研究根据理论分析的结果，对系统进行实验研究，对系统的各项指标进行测试和分析，不断优化和完善系统性能。
五、研究成果：完成本项目后，我们期望得到如下成果：1.成功设计一种基于单片机技术的脉搏信息采集系统，实现可靠、精确、稳定的脉搏检测功能；2.通过智能算法实现脉搏信号的处理和分析，提取具有代表性的特征；3.开发基于本系统的移动端APP，实现脉搏信息的记录、分析和分享。
基于51单片机的心率计设计一、引言心率是反映心脏功能的重要指标之一，对于人体健康的监测具有重要意义。
本文将介绍一种基于51单片机的心率计设计方案，通过测量心电信号来实时监测心率变化，并将结果显示在液晶屏上。
二、硬件设计1. 传感器选择心电信号的采集是心率计设计的关键，常用的传感器有心电图传感器和心率带。
本设计选择心电图传感器作为采集装置，它能够直接测量心脏电活动，并将信号转化为模拟电压。
2. 信号放大与滤波由于心电信号较弱且容易受到干扰，需要对信号进行放大和滤波处理。
可以采用运算放大器进行信号放大，并通过滤波电路去除高频干扰和基线漂移。
3. 信号采样与转换经过放大和滤波处理的心电信号需要进行模数转换，将模拟信号转换为数字信号以便单片机处理。
可以选择12位的AD转换器进行采样，并通过SPI接口与单片机进行通信。
4. 单片机控制与显示选取51单片机作为控制核心，通过编程实现信号的采集、处理和显示功能。
使用GPIO口与AD转换器和液晶屏连接，通过串口通信实现与电脑的数据传输。
三、软件设计1. 信号采集与处理通过单片机的GPIO口实现对AD转换器的控制，进行心电信号的采集。
同时，通过软件滤波算法对信号进行滤波处理，去除噪声和干扰。
2. 心率计算心率的计算可以通过测量心跳的时间间隔来实现。
在信号处理过程中，可以设置一个阈值，当信号超过该阈值时，计数器加一。
根据连续心跳的次数和采样频率，可以计算出心率的值。
3. 数据显示与存储通过液晶屏显示心率的实时数值，并提供用户界面操作。
同时，可以通过串口将数据传输到电脑进行进一步的分析和存储。
四、实验结果与讨论本设计基于51单片机成功实现了心率计的功能。
通过实验验证，心率计能够准确地测量心率，并实时显示在液晶屏上。
通过与商用心率计进行对比，结果表明本设计具有较高的准确性和稳定性。
五、总结与展望本文介绍了一种基于51单片机的心率计设计方案。
通过对心电信号的采集、处理和显示，实现了心率的实时监测。
目录一、设计的背景和意义 (1)二、设计方案的论证和确定 (1)（一）设计要求分析 (1)（二）设计方案确定 (1)三、 设计过程 (3)（一） 设计原理 (3)（二）主要器件选型 (5)（三）硬件结构设计 (7)（四）软件控制设计 (11)四、调试过程 (20)1．仿真调试. (20)2．实物演示 (22)五、设计创意说明和总结 (25)六、参考文献 (26)七、致谢 (27)一、设计的背景和意义背景：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。
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。
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、子母式等组成,脉象探头的主要原件有应变片、压电晶体、单晶硅、光敏元件、PVDF压电薄膜等，其中以单部单点应变片式为最广泛，不过近年来正在向三部多点式方向设计[2]。
意义：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。
二、设计方案的论证和确定（一）设计要求分析总体由设计由STC89C52、按键、LCD1602、光电传感器、等构成，见图3.1所示，系统设有四个按键，设置上下限脉搏数，当超过范围的时候单片机会驱动蜂鸣器发响，脉搏测量的时候需要人把手轻轻的按在光电传感器上面，由于人脉搏跳动的时候，血液的透光性不一样会导致接收器那边接收的信号强弱不一样，间接的把人脉搏信号传回，通过运放对其进行放大、整形后连接到单片机的IO 口，单片机利用外部中断对其进行计数，最终换算成人一分钟脉搏的跳动次数，最终在液晶屏上显示。
题目基于单片机和语音模块的便携式心率计设计摘要现代生活，人们的生活节奏加快，越来越多的人有了无需去医院在家里面就能测量脉搏的需求，而随着智能化产品的迅速发展，脉搏计渐渐应用于人们的日常生活。
本心率计系统主要基于51单片机与语音模块，其主要实现的功能是现场脉搏数据的采集和读取，具体包括心跳显示和语音播报。
硬件设计主要包括：研究STC89C52单片机核心系统的构建；研究语音模块和传感器模块的应用，并完成其与STC89C52的关联设计；以及研究液晶屏、串口等外围接口的详细设计。
软件设计主要包括：首先利用AD画出原理图，构建硬件以后，利用编程软件即keil软件编写程序完成各个模块的连接与运行。
经过软硬件调试，整个系统基本可以通过传感器实现对脉搏的数据采集，然后通过显示屏读取数据并语音播报。
关键词：语音模块；STC89C52处理器；脉搏检测ABSTRACTIn modern life, people's rhythm of life speeds up, more and more people don’t want to measure the pulse only when they go to the hospital.Instead,they prefer to measure it at home. Then with the rapid development of intelligent products, pulse meters are gradually applied in people's daily life.This system of rate meters is mainly based on 51 processor and voice module. Its functions are pulse data acquisition and reading, including displaying the heartbeat and voice broadcast. The hardware design mainly includes: Research of the construction of STC89C52 micro controller core system ; Research of the application of the voice module and the sensor module, and their connection with the STC89C52 processor; study of the detailed design of the liquid crystal screen, serial port peripheral interface and . The software design mainly includes: firstly, use AD to draw the schematic diagram.Then use the programming software called keil software programming to complete the connection and operation of each module.After hardware and software debugging, the whole system can realize the pulse data acquisition through the sensor, and then read the data through the display screen. Keywords:voice module;STC89C52 processor;Pulse detection目录第一章绪论 (1)1.1 课题研究的背景及意义 (1)1.2 课题研究的内容和工作 (1)第二章系统总体方案设计 (3)2.1 系统概述 (3)2.2 系统主要功能描述 (3)第三章系统硬件设计 (4)3.1 系统硬件功能与结构 (4)3.2 系统硬件对比与选择 (6)第四章系统软件设计 (9)4.1 系统开发工具简介 (9)4.2 系统软件流程图 (10)第五章系统调试 (13)5.1软件调试 (13)5.2硬件调试 (13)5.3调试结果 (14)结束语 (15)致谢 (16)参考文献 (17)附录A (18)第一章绪论1.1课题研究的背景及意义现今生活，人民经济水平逐步上升，生活节奏也越来越快，不健康的饮食和锻炼的的缺乏导致越来越多的人死于心血管疾病。
基于单片机的便携式心率测试仪的设计系部名称：电气与信息工程学院专业班级：测控技术与仪器082班学生姓名：李强国指导教师：胡文静职称：教授哈尔滨理工大学二○一三年七月摘要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。
为了提高心率测量仪的简便性和精确度，本设计计了一种基于51单片机的心率测量仪。
系统以AT89S51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,在脉搏数超过设定上下限时蜂鸣器报警。
经测试，系统工作正常，达到设计要求。
关键词：心率测量仪；AT89S51单片机；红外发光二极管；光敏三极管；蜂鸣器。
ABSTRACTHeart rate measuring instrument in our daily lives has been widely used. In order to improve the pulse measuring instrument is simple and accurate, the design method based on 51 single chip Heart rate measuring instrument. System based on the AT89S51 single-chip microcomputer as the core, with the infrared emitting diode and a photosensitive triode sensor three, and the use of MCU internal timer to calculate time, a photosensitive triode induction pulse three, single chip microcomputer based on pulse accumulation by pulse number, and time by the timer timer. System can display the pulse frequency and duration, the system stops running, can display the total pulse frequency and duration, the pulse number exceeds the set upper and lower limit alarm buzzer. After testing, the system is working properly, achieves the design requirements.Key words:Heart rate measuring instrument;AT89S51 single chip microcomputer;Infrared emitting diode;A three transistor;Buzzer.目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章引言 (3)概述 (3)基于单片机的心率测试仪的发展与应用 (4)设计说明书内容 (5)第2章整体方案分析 (6)任务 (6)要求 (6)设计时要考虑的问题 (6)2.3.1环境光对脉搏传感器测量的影响 (6)2.3.2电磁干扰对脉搏传感器的影响 (7)2.3.3测量过程中运动噪声的影响 (7)系统基本方案 (7)2.4.1脉搏传感器部分 (7)2.4.3显示部分 (9)整体方案 (9)第3章硬件电路设计分析 (11)控制器 (11)3.1.3A T89C51的结构 (12)脉搏信号采集 (15)3.2.1光电传感器的结构及原理 (15)图透射式光电传感器图 (15)3.2.2 信号采集电路 (15)信号放大 (16)波形整形电路 (17)单片机处理电路 (18)显示电路 (19)3.6.1 LED 的综述 (20)3.6.2LED 的结构 (20)3.6.3LED数码管的显示方法 (20)本章总结 (21)第四章软件系统 (22)主程序流程： (22)定时器中断程序流程： (22)INT中断程序流程： (23)显示程序流程： (23)软件说明 (24)结束语 (25)参考文献 (26)致谢 (28)附录 (29)附录A STATEFLOW原理图 (29)附录B SIMULINK原理图 (30)附录C BOILER P LANT MODEL SIMULINK图 (31)附录D STATEFLOW子状态仿真图 (32)附录E STATEFLOW的模型查看器 (34)附录F STATEFLOW 的仿真结果及生成的源代码 (35)附录G英文文献翻译 (42)第1章引言概述心脑血管疾病是当今全球死亡率最高的疾病，是21世纪人类健康的头号杀手。
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，并利用单片机系统内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。
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
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。
主要研究方法和手段：
根据课题的内容，查看相关的文献。
本次设计的心率计以51单片机为主控制系统，由多个模块组成。
具体的模块功能如下：1.信息采集和运放电路模块：该模块由两部分组成。
1）.信息采集电路，该电路是由红外光电传感器与其电路组成，用来采集脉搏信号。
2）。
运放电路，由于采集的信号电流小，所以需要运放电路放大电信号进行下一步的处理。
2.键盘输入模块：该模块是由单片机最小系统电路组成，可以用来少些程序，及程序调试，由于在实践过程可能碰到的一些问题，因此需要键盘模块进行修改于调试。
3.液晶显示屏模块：该模块是用来显示心率数以及报警信息，系统采集的信号经处理后需要一个直观的现象，因此显示屏就可以很直观的变现出来，显示屏还能显示超过两城市的报警信息，提醒测量人员注意，由LCD液晶显示屏显示。
4.报警装置模块：该模块是用来提醒测量人员，被测者的心率有异常是蜂鸣器报警，及时的发现一样并进行下一步的处理或治疗等。
采用蜂鸣器进行报警是由于声音较大，购买简单等优点考虑。
5.电源模块：由于本次设计是基于便携式的心率计，因此需要有独立的电源进行供电，保证系统的准确运行。
可以用锂电池供电，也可采用5V的电池供电，此次实践出于方便考虑用ＵＳＢ接口外加移动电源组成。
本次毕业设计制作的心率计具有显示直观、电路简洁、携带方便、成本低廉等诸多优点。
重点研究的问题：
本次设计主要是元件的选择，所以重点的研究问题有以下几点：
1.控制系统芯片的选择。
使系统能稳定，简便运行。
2.信息的采集方式和元件。
3.程序的编写及调试。
4.处理后的信息显示及相应的报警等。
解决问题的思路:
1.采用STC89C52为控制核心。
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，与传统51单片机兼容，产品价格低廉。
2.信息采集采用红外光电传感器，该传感器具有抗干扰能力强，采集方便等优点。
通过光线强度的变化获得电信号，经过单片机处理后可得想要测得数据。
3.由于STC89C52与传统51单片机兼容，所以可用C语言编写程序，并通过烧录软件进行烧录到单片机中。
4.显示采用LCD1602进行显示。
602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。
它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。
报警即可采用蜂鸣器进行发声报警。
