数字人体心率检测仪的设计

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。

数字心率计设计说明书1、程设计任务书2.说明书正文2.1：任务分析与方案设计心率计是用来测量一个人心脏在单位时间跳动次数的电子仪器。

心脏的收缩和舒张引起血压的变化，不同年龄段和不同健康状况的人正常血压范围有较大差异，但是收缩压和舒张压的差值却大致都在40mmHg~50mmHg 范围内。

基于此，可以利用压力传感器将人体血压的变化转化成电压的变化，再通过滤波、放大、整形后得到方波，由模拟转化成数字后再进行后续处理。

现提出两种计数方案： 1）定时计数在一定时间内对脉冲信号进行计数。

由于任务要求在短时间内测出1分钟心脏跳动的次数，则需要对整形后的方波信号进行倍频；又由于测量误差要求≤±4次/分钟，则最多可以4倍频，此时，测量时间为15s 。

电路模块方框图：2）定数计时在定数的脉冲信号持续时间内，对标准时钟信号进行计数，再通过转换得到心率值。

如设置标准时钟信号周期为0.1s ，在6个脉冲信号持续时间内（即5个心脏跳动周期）对标准时钟信号进行计数，设计数值为N ，则心率为3000/N 。

计算过程如下：每个脉冲周期To=0.1N/5 s ，则心率S=60/To=3000/N(次/分钟）。

电路模块方框图：方案一的测量时间长，测量误差也较大，且测量误差与测量时间成反比关系；但是计数值即为心率值，电路实现较为简单。

方案二测量时间短，测量误差也小；但是计数后的值还需要进行除法转换后才是心率值，电路实现较为复杂，成本也较高，故采用方案一。

2.2:电路设计，元器件参数计算及选择2.2.1:传感器的选择传感器的选择需要综合考虑各项性能参数，这些性能参数要能满足测量要求，现对传感器的各项性能参数以及任务要求分析如下：1）线性度指传感器输出与输入之间成线性的程度。

任务要求是测量心脏跳动的次数，而并未要求测量出血压值，故只需要得到一个个脉冲输出即可，对其量值没有太大要求，故系统对传感器线性度要求不高。

2）灵敏度灵敏度是传感器在稳态下输出变化量对输入变化量的比值。

基于单片机的心率测试仪设计心率测试仪是一种用来测量人体心率的设备，它使用单片机技术来实现数据处理和显示功能。

本文将介绍基于单片机的心率测试仪的设计原理、硬件组成以及软件实现。

一、设计原理心率测试仪的设计原理是通过测量人体的心电信号来计算心率。

心电信号是由心脏产生的微弱电流，可以通过电极贴在人体皮肤上进行测量。

传感器将心电信号转换为模拟电压信号，然后经过滤波处理和放大处理后，再经过A/D转换，转换为数字信号供单片机处理。

单片机通过计算心电信号的周期来得到心率值，并将结果显示在液晶屏上。

二、硬件组成1.单片机：选择一款适用的单片机，如STM32系列的单片机，具有高性能和丰富的外设接口，以满足心率测试仪的需求。

2.心电信号传感器：选择一款专门用于心电信号测量的传感器，如AD8232芯片，可以提供可靠的心电信号采集。

3.滤波器：使用滤波器对心电信号进行滤波处理，去除杂散信号，只保留心电信号的频率分量。

4.放大器：为了增强心电信号的幅度，需要使用放大器来对滤波后的信号进行放大处理，方便后续的A/D转换。

5.A/D转换器：将放大后的模拟信号转换为数字信号，供单片机进一步处理。

三、软件实现1.心电信号采集与处理：通过传感器采集心电信号，并经过滤波和放大处理，得到滤波后的模拟信号。

2.A/D转换：将模拟信号通过A/D转换器转换为数字信号，供单片机处理。

3.心率计算：单片机通过计算心电信号的周期来得到心率值，可以使用峰值检测算法或阈值判定算法来实现。

4.数据显示：将计算得到的心率值通过串口或并口发送到液晶屏上进行显示，可以设计显示界面，包括心率值、时间等信息。

总结：基于单片机的心率测试仪设计主要包括硬件组成和软件实现两个部分。

硬件组成包括单片机、心电信号传感器、滤波器、放大器、A/D 转换器和液晶屏等。

软件实现包括心电信号采集与处理、A/D转换、心率计算和数据显示等。

通过合理的设计和编程，可以实现一个功能完善的心率测试仪。

数字人体心率检测仪的设计0 引言目前检测心率的仪器虽然很多，但是能实现精确测量、数据上传PC机并且具有声光报警等多种功能的便携式全数字心率测量装置很少。

本文介绍的数字人体心率检测仪可以在人体的手、腕、臂等部位均能准确测量出心跳次数，同时还具有掉电存储、测量数据上传PC机及声光报警等多项功能。

1 系统组成及工作原理系统组成如图1所示，本设计以单片机为主控信号，外辅少量硬件电路，完成数据处理、记忆、显示、通信等功能。

首先，在系统开机时通过键盘设定系统的工作方式，然后，将压电陶瓷片检测到人体心跳信号经过放大、滤波及整形处理后输入给单片机，单片机对测量的数据进行处理，送显示电路显示，同时通过通信电路将测量数据上传PC机，记忆电路主要用来存储测量数据，实现掉电存储功能，声光报警电路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 系统硬件电路设计2.1 传感器及信号处理电路传感器及信号处理电路如图2所示。

检测心率脉冲信号的传感器采用压电陶瓷（在压电陶瓷片上安装一海面垫以传递脉冲信号）；将采集到的心率信号经过由CD4069的3个非门组成3级放大电路进行放大，然后通过由R4、R5、C5及R7、R8、C6构成的2级梯形滤波电路进行滤波处理，即可获得人体心率范围的信号（约在0.66Hz-3.33Hz之间）；再通过由二极管D1、D2和R6构成的检测电路以及由U1F、U1D、U1E这3个非门构成的整形电路处理后，就可得到单片机所需要的标准的0-5V脉冲信号。

2.2 键盘电路键盘电路如图3所示。

因为I/O够用，所以4个按键分别接到单片机的P1.2、P1.3、P1.4、P1.5上，采用查询方式进行工作，K1、K2、K3及K4依次分别完成开始测量、查询、存测量结构及清除记忆数据等操作。

2.3 显示电路显示电路如图4所示，采用动态显示方式，图中2片74LS373的数据输入端均接在89C51单片机的P0口上，单片机通过P1.0和P1.3给2片74LS373提供片选信号，从而实现分时选择2片74LS373工作，分别传送段码和位码。

毕业论文心率测试仪设计引言心率是衡量人体各项生理功能的重要指标之一，它是指每分钟心脏跳动的次数。

正常人的心率在60~100次/分之间，而运动、精神紧张、药物等因素均会影响心率的变化。

因此，检测心率对于个人健康的监测、生理学研究、体育锻炼的指导等具有重要意义。

本文介绍了一种心率测试仪的设计方案，它能够简单、准确地检测出人体心率，便于人们随时随地监测自己的身体状况。

一、硬件设计本设计采用Arduino Uno控制板作为主控制芯片，具有易于编程、低功耗等优点，提供了丰富的I/O接口，能够满足各种传感器的接口需求。

硬件部分主要由Arduino Uno主控板、心率传感器、LED数码管组成。

1. Arduino Uno控制板Arduino Uno控制板基于ATmega328P单片机设计，具有14个数字输入/输出端口、6个模拟输入端口、16MHz晶振等特点。

通过连接USB接口，可以实现与计算机的数据通信，方便程序库的调用、程序烧写等操作。

在本设计中，Arduino Uno控制板扮演着数据采集、处理、显示的角色。

2. 心率传感器心率传感器的核心是一颗红外LED和一颗光敏元件，利用反射光测量血液流动的速度和微小变化。

在本设计中，采用的是MAX30100模块，它集成了红外LED、光敏元件、接收、放大电路等，具有高精度、低功耗、抗干扰等优点，可以实现较为精准的心率检测。

3. LED数码管LED数码管是一种常用的数字显示器件，具有工作稳定、显示清晰、占用空间小等特点，十分适合用于心率测试仪。

在本设计中，采用的是TYC516-022A模块，它由4个共阴极的数码管和芯片组成，可以显示0~9999范围内的数字。

二、软件设计1. 软件框架设计本设计的软件部分采用Arduino编程，使用C/C++语言编写程序。

程序框架如下：a. 初始化：包括引脚配置、传感器初始化、数码管显示初始化等。

b. 循环检测：在该循环中完成心率的检测和数据处理，并将数据显示至数码管。

数字心率计课程设计目录1.摘要 (1)2.方案原理介绍 (2)2.1 方案设计与论证 (2)3.总体方案介绍 (3)4.单元电路的设计与选择 (4)4.1 脉搏检测电路的设计 (4)4.2 信号放大电路的设计及参数计算 (5)4.3 信号滤波电路的设计及参数计算 (7)4.4 整形电路的设计与参数计算 (8)4.5 倍频电路 (10)4.6 时基电路 (11)4.7 逻辑控制电路 (12)4.8 计数、锁存和显示电路 (14)4.9 报警电路设计 (18)5.总体电路的绘制 (18)5.1 电路总图 (18)5.2 元器件清单 (19)6.心得体会 (19)7.参考文献 (21)数字心率计1 摘要对于医院的危重病人，或者在其他一些特殊场合，需对人的心心率进行连续检测，本课题即针对这一需求，设计一台简易的心率检测仪。

课题的思路是用压力传感器检测病人手腕部的脉搏跳动，压力传感器的输出信号经一系列电路处理，形成可用于检测的脉冲信号，再经电路处理，最终由数码管显示其数值，并根据被测对象情况判断其健康状态，以报警信号显示。

关键词：传感器，滤波器，放大器，显示电路，报警电路2 方案原理介绍2.1 方案设计与论证正常人的脉搏次数是每分钟60～90次（婴儿为90～120次,老年人则为100～150次), 这种频率信号属于低频范畴.因此,脉搏测试仪是用来测量低频信号的装置,它的基本功能要求是:要把人体的脉搏数(振动)转换成电信号,这就需要借助传感器。

对转换后的电信号要进行放大、滤波和整形处理，以保证后续电路能正常对其进行进一步的加工和处理。

脉搏测试仪要能在15秒左右测出脉搏跳动次数，并作出是否报警的判断。

报警的上、下限及对象选择可以通过多路开关调节。

总之，脉搏测试仪的核心是要对低频信号在固定的短时间计数，最后以数字形式显示出来。

可见，脉搏测试仪的主要组成部分是计数器和数字显示器。

2.1.1 方案设计脉搏测试仪的上述功能要求，可采用了三种不同的方案来实现：方案一：把转换为电信号的脉搏信号，在单位时间N内（如15秒）进行计数，完成后将计数结果通过乘法器乘以系数60/N（如60÷15=4）并用数字显示其计算后的值，从而得到每分钟的脉搏数。

目录摘要 (1)引言 (1)1.设计要求 (2)2.设计过程 (2)2.1 总体方案设计 (2)2.2 单元电路设计 (3)2.3 总体电路及工作原理 (10)3.装调与测试 (11)3.1 电路板的制作 (11)3.2 电路板的焊接 (11)3.3 测试 (11)总结 (12)参考文献 (12)数字式心率测量仪设计姓名：吴贺学号：20075042067单位：物理电子工程学院专业：电子信息工程指导老师：周胜海职称：副教授摘要：对于医院的危重病人，或者在其他一些特殊场合，需对人的心率进行连续检测。

本设计针对这一需求，设计了一台简易的数字心率测试仪。

设计的思路是用压力传感器检测病人手腕部的脉搏跳动，把脉搏信号转化为电信号，压力传感器的输出信号经一系列电路处理，形成了可用于检测的脉冲信号。

再经电路处理，最终由数码管显示其数值。

关键词：心率；计数器；放大器；传感器；显示电路；译码器。

Design of a Digital Heart Rate MeterAbstract:For some serious patients in hospital, or in some special occasions, heart rate is needed for continuous detection. this design according to the requirements, design a simple digital heartbeat tester. The thought of the design is to use a pressure sensor to detect the pulse flop of the patients, the pulse signals are converted to electrical signals, the output signal of pressure sensor is dealed with a series of circuit processing, the pulse signal which can be used to test is formed. After dealing with the circuit, finally the digital tube shows its value.Key Words:heart rate; counter;amplifier ; sensor;show circuit ; decoder.引言心率是用来描述心动周期的专业术语，是指心脏每分钟跳动的次数，以第一声音为准。

心率计毕业设计心率计毕业设计随着现代社会的快节奏和高压力生活方式，人们对健康的关注度越来越高。

心率作为一个重要的生理指标，对于人体的健康状况有着重要的影响。

因此，设计一款心率计成为了一个备受关注的毕业设计课题。

一、设计目标在设计心率计之前，首先需要明确设计的目标。

心率计的主要目标是测量用户的心率，并将数据以可视化的方式展示出来。

除此之外，心率计还需要具备以下功能：1. 高精度测量：心率计需要能够准确地测量用户的心率，以保证数据的可靠性。

2. 数据存储与分析：心率计需要能够存储用户的心率数据，并能够对数据进行分析，以便用户了解自己的心率变化趋势。

3. 实时监测：心率计需要能够实时监测用户的心率，并能够及时提醒用户心率异常。

4. 舒适便捷：心率计需要设计成舒适便捷的佩戴方式，以便用户能够长时间佩戴并进行心率监测。

二、硬件设计心率计的硬件设计主要包括传感器、处理器、存储器和显示器等组件。

传感器是心率计的核心部件，用于测量用户的心率。

常见的心率传感器有光电式传感器和压力式传感器。

光电式传感器利用光电效应测量心率，而压力式传感器则通过测量血液流动的压力变化来测量心率。

根据实际需求和成本考虑，选择适合的传感器。

处理器负责对传感器采集的数据进行处理和分析，并将结果存储到存储器中。

处理器的选择应考虑功耗低、运算速度快的特点，以保证心率计的性能。

存储器用于存储用户的心率数据，可以选择内置存储器或外置存储器，根据实际需求选择合适的存储器容量。

显示器用于展示用户的心率数据，可以选择LED显示屏或OLED显示屏等。

LED显示屏具有低功耗、高亮度等特点，而OLED显示屏则具有高对比度、高刷新率等特点。

根据实际需求选择合适的显示器。

三、软件设计心率计的软件设计主要包括数据处理和用户界面设计两个方面。

数据处理模块负责对传感器采集的心率数据进行处理和分析，以得到用户的心率数值。

该模块需要具备高精度的算法和数据处理能力，以保证心率计的准确性。

心率计设计 一、检测的基本原理：随着心脏的搏动，人体手腕的脉搏及颈部的搏动较为明显，我们采用压电传感器放在上述位置，把压电传感器测到的信号转换成脉冲并进行整形、计数和显示，就能实现实时检测脉搏次数的目的。

二、心率监测仪系统总体设计心率监测仪的总体设计电路框图如图1-1所示，主要包括单片机AT89S52、复位电路、时钟电路、传感器与信号处理电路、显示电路和报警电路。

先用红外光电传感器采集与心跳同频率的信息，当人体组织半透明度的数值较大时，红外光电二极管Dl 发射出的透过人体组织的光强度很弱，光敏三极管无法导通，所以输出端为高电平；当人体组织半透明度的数值较小时，红外光电二极管Dl 发射出的透过人体组织的光强度较强，光敏三极管导通，输出端为低电平，这样就形成了频率与脉搏次数成正比的低频信号，它近似于正弦波形．脉搏为50次，分时，频率是0．78Hz ，199次，分时是3．33Hz ，从传感器过来的是低频信号．该低频信号首先经RC 振荡器滤波以消除高频干扰，经无极性隔直流电容C6、C7加到线性放大器的输入端,经运放IC1A 将信号放大10倍，C1直流耦合滤波，运放IC1B 将信号放大0~50倍，IC1C 与R9、R10、C2、C3组成截止频率为10Hz 左右的二阶低通滤波器以进一步滤除残留的干扰，然后IC1D 将信号放大10倍输出,形成尖脉冲信号，最后555施密特触发器电路将尖脉冲信号转化为同频率的长脉冲信号，该脉冲信号通过555输出端送到单片机后，软件对信号进行处理，最后在数码管上显示数值。

传感器与信号处理电路三、光电式脉搏波传感器本次设计选用透射型光电式脉搏波传感器，其电路如图下图1-2-1所示传感器与信号处理电路AT89S52 单片机 显 示 电 路 复 位 电 路时 钟 电 路 报 警 电 路图1-2-1透射型光电式脉搏波传感器电路图因为传感器输出信号的频率很低，如当脉搏为50次/分钟时，只有0.78Hz，200次/分钟时也只有3.33Hz，因此信号首先经R14、C8组成的低通滤波器滤除高频干扰，当传感器与手指断开或检测到较强的干扰光线时，输出端的直流电压会出现很大变化，用C6、C7背靠背串联组成的双极性耦合电容把它隔断，滤除直流成分。