基于单片机的便携式心率测试仪设计

基于51单片机心率测量电路设计作者：蒋铁生来源：《科学导报·学术》2019年第10期1.1选题背景心率是人的重要的可被测量的生理指标。

在现代社会，随着人类社会生活水平的提高，人们的生活方式和饮食结构的改变，高血压，冠心病等心脏方面的疾病渐渐成为人们的常见病。

由有关数据显示，中国城市人口每五个成年人中就有一个人患有不同程度的心血管方面的疾病。

由于心脏不健康而导致的心肌梗塞，猝死等事件时有发生，并且心脏疾病方面发病率逐年提升，发病年龄也是下降趋势。

要减小心血管疾病给人们带来的健康危害，早期有效的测量設备与判断方法是十分重要的。

心率是人体十分重要有效的信息，是可以被检测的生物信号，它是反映心脏是否正常工作的一个重要参数，可以根据心率值判断一个人是否患有心率过速，早搏等几种常见的心脏病。

因此，设计一种简单，能显示心率的仪器十分有必要。

1.2 主要内容本心率测量电路设计是一个硬软件相结合的设计类题目。

要求设计一个基于51单片机的心率的检测电路。

可以实现与心率检测功能，整个系统电路的设计功能包括：1、使用MAX30102心率传感器模块进行心率采集；2、使用STC89C52芯片为控制核心；3、使用OLED液晶进行显示。

2 总体方案设计2.1整体设计思路本设计采用的是STC89C52芯片，通过STC89C52最小系统，心率模块、液晶屏，实现心率的测量与现实。

实时的心率显示在OLED液晶上。

由于STC89C52有较多的引脚数，能实现OLED液晶驱动以及实时心率测量等这些功能。

电源部分是通过USB线来外接可移动电源或电池供电。

2.2心率测量模块光电式传感器。

光电式传感器测量方法灵活多样，可测量参数较多，具有非接触，高精度，高分辨率，高可靠性，反映快等特点。

适合用来测量心率。

测量原理：随着心脏的跳动，人体组织半透明随之改变，当血液到达人体组织时，组织班透明度减小，当血液回流心脏时，组织的半透明度加大。

这种现象在人体组织较薄的地方比较明显，例如手指尖，耳垂部位。

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。

便携式心率采集系统设计学生：学号：指导教师：助理指导教师：专业：摘要随着生物医学工程技术的开展, 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严密。

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，这其中脉搏信号包含丰富的人体健康状况信息,从中提取的心率值对人体健康有着重要的参考作用。

本文采用光电反射式传感器, 设计了一套便携式可穿戴的获取和保存脉搏信号的系统。

本设计主要是基于STM32L低功耗单片机，利用光电传感器产生脉冲信号，经过放大整形滤波后，输入单片机内AD进展采样并将数字化后的脉搏信号和计算出的心率值保存在SD卡中。

后期通过上位机软件可以观测脉搏信号，对人体健康进展评估，因此该系统适用于保健中心、医院和家庭等场所。

本设计所设计的基于单片机的便携式心率采集系统对推进脉诊技术客观化和HRV研究具有积极的促进作用。

关键词：脉搏，单片机，光电传感器，脉冲信号，便携式ABSTRACTWith 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 puter 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IABSTRACTIII1 绪论11242 整体系统结构62.1 脉搏测量模块772.1.2 光电式脉搏传感器711131319213 系统软件设计233.1功能配置：233.2硬件相关配置：243.3文件系统配置：24325．总结33参考文献341 绪论随着人们生活水平的提高，地球环境遭到破坏，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。

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52单片机的脉搏心率测量仪。

系统以STC89C52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；STC89C52单片机；红外反射式传感器AbstractPulse meter in our daily life have got the very extensive application.In order to improve the simplicity and accuracy of the apparatus used to measure the pulse, this topic has designed a pulse measuring instrument based on 52 microcontroller.System with STC89C52 single-chip microcomputer as the core, with original ST188 infrared reflection type sensor for the detection, and use the single chip microcomputer system internal timer to measure time, pulse generated by the reflecting type of infrared sensor ST188 induction, microcontroller pulse is obtained by the pulse accumulation number, time by the timer timing.System can display the pulse frequency and time, the system stops running, can display the total pulse frequency and time.After the test, the system works well, to meet the design requirements.Keywords：The pulse measuring instrument;STC89C52 single-chip microcomputer;The infrared reflection type sensor目录摘要 (I)Abstract........................................................... I I 第1章概述 (1)1.1 选题的背景和意义 (1)1.2 脉搏心率测量仪的发展与应用 (2)第2章脉搏心率测量仪系统结构 (4)2.1 光电脉搏心率测量仪的结构 (4)2.2工作原理 (5)2.3光电脉搏心率测量仪的特点 (5)第3章硬件系统 (7)3.1 控制器 (7)3.1.1 STC89C52 简介 (7)3.1.2 STC89C52 的特点 (7)3.1.3 STC89C52 的结构 (8)3.2脉搏心率信号采集 (10)3.2.1光电传感器的原理 (11)3.2.2光电传感器的结构 (11)3.2.3 光电传感器检测原理 (12)3.2.4信号采集电路 (12)3.3信号放大 (13)3.3.1放大器的介绍 (13)3.3.2 放大电路 (14)3.4 波形整形电路 (15)3.5单片机处理电路 (17)3.6 显示电路 (17)3.6.1 LCD1602 的综述 (19)3.6.2 LCD1602 的结构 (19)3.6.3 LCD1602指令集 (19)3.6.4 脉搏心率测量仪电路原理图 (21)第4章软件系统 (24)4.1 主程序流程： (24)4.2 定时器中断程序流程： (24)4.3 INT中断程序流程： (25)4.4 显示程序流程： (26)4.5 软件说明 (27)第五章抗干扰措施及使用方法 (27)5.1抗干扰措施 (27)5.1.1环境光对脉搏心率传感器测量的影响 (27)5.1.2电磁干扰对脉搏心率传感器的影响 (28)5.1.3 测量过程中运动噪声的影响 (28)5.2测量仪使用方法 (28)第6章系统调试 (30)6.1 系统调试 (30)6.2 系统检验 (31)6.3 误差分析 (32)第七章总结与展望 (34)参考文献 (36)附录 (38)致谢 (44)第1章概述1.1 选题的背景和意义脉搏心率携带有丰富的人体健康状况的信息，自公元三世纪我国最早的脉学专著《脉经》问世以来，脉学理论得到不断的发展和提高。

MSP430电路图集锦：创新设计思维2021年11月12日10:11 来源：电子发烧友网整合Dick 我要评论(0)标签：TI(566)MSP430(499)MSP430系列单片机是美国德州仪器开始推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集的混合信号处理器。

称之为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片机〞解决方案。

该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中。

下面一起来看看基于MSP430的设计电路图集锦。

1、采用MSP430单片机的可穿戴式血糖仪电路介绍了一种便携式血糖仪的设计。

该设计主要从低功耗及精确性的角度出发，以MSP430系列单片机为核心，葡萄糖氧化酶电极为测试传感器，较快地测试出血糖浓度。

此外，所设计的血糖仪还具有储存功能，有助于用户查看血糖浓度历史值和变化趋势。

血糖测试电路：在酶电极两端滴入血液后，会产生自由电子。

由于电极两端存在鼓励电压，就会有定向电流流过电极。

该鼓励电压是由ADC模块提供的1.5V稳压通过电阻分压而产生的，大约在300mV左右，它能产生μA级别的定向电流。

由于A/D转换模块测量的是电压，所以需要将该定向电流转换成电压，并且进行一定的放大。

本系统采用图2所示的电路来实现电流到电压的转换和放大。

运算放大器LM358的反相端连接血糖试纸上的酶电极，当有血液滴入时，该电极与地之间为等效电阻Rx，流过该电阻的电流正比于血液中的血糖浓度值。

MSP430的A/D模块输出1.5V的稳压通过R2 和R3分压，产生300mV的鼓励电压，该电压通过运放的正端加到电极两端。

R4起到反响放大的作用，它将运放的输出范围限定在A/D模块的转换范围内。

在PCB板布线时，由于运放输出和MSP430的ADC模块输入I/O口之间的走线比拟长，为了确保测量值的准确，需要对测试电压进行滤波，C21就是用来起滤波作用的，以减少走线过长所引入的外来干扰对血糖测试的影响。

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ABSTRACTThe 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。

摘要便携式脉搏测量仪主要以单片机AT89S52为核心，电路分为传感器模块、信号调整电路、单片机系统、键盘控制模块、显示电路、声光报警电路、DC/DC供电模块七个模块，设计并制作一个便携式人体脉搏测试仪，该测试仪采用红光或红外光发射接收技术，从人体手指或耳垂处采样获取脉搏信息，并能实时显示被测者每分钟的脉搏数。

AbstractPortable pulse measuring instrument with single chip AT89S52 as the core, the circuit is divided into a sensor module, a signal adjusting circuit, MCU system, keyboard control module, a display circuit, an acoustic-optic alarm circuit, DC/DC power supply module seven module, design and production of a portable human body pulse tester, the tester adopts a red or infrared light transmitting and receiving technology, from the human finger or earlobe sampling to obtain information of pulse, and real-time display of the measured each minute pulse number.一、方案论证与比较1.传感器方案论证与比较方案一：采用集成传感器。

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。

基于单片机的便携式多功能实时生理参数监测仪摘要：本设计是在PROTEUS环境下完成的，以单总线数字温度传感器DS18B20、AT89C51单片机、HK-2000A集成化脉搏传感器、ND-3微振动传感器、LM041L字符型显示器构成的多功能实时生理参数监测仪系统的硬件电路及软件系统的设计。

本文介绍了PROTEUS和KEIL软件，DS18B20单线数字温度传感器、AT89C51单片机和LM041L字符型显示器的结构、性能特点以及工作原理，以及HK-2000A集成化脉搏传感器和ND-3微振动传感器的性能参数。

该系统可以完成对温度、心率、步数等参数的采集、处理和显示，并且能在这些参数超过设定的阈值时，进行报警提示。

关键词：单片机；DS18B20；LCD；PROTEUS；KEILPortable multi-function physiological parametersreal time monitor which is based on MCUAbstract：My design is depend on PROTEUS, using the extensively used single-bus digital temperature sensor DS18B20, AT89C51 MCU, HK-2000A integrated pulse sensor, ND-3 micro-vibration sensor, LM041L character display design a multi-functional real-time physiological parameters monitor,s hardware circuits and software system.PROTEUS and KEIL software, DS18B20 single-wire digital temperature sensor, AT89C51 MCU andLM041L character display structure, performance characteristics and working principles, as well as the HK-2000A integrated pulse sensors and ND-3 micro-vibration sensor performance parameters is introduced in this paper. This system can be completed on collect, processing and display the parameters the temperature, heart rate, paces, and more than these parameters in the threshold that we set for alarm.Key words：MCU; DS18B20; LCD; PROTEUS; KEIL目录引言 (1)1 系统设计简介 (2)2 元器件选择 (3)2.1 AT89C51单片机 (3)2.1.1 主要特性 (4)2.1.2 管脚说明 (5)2.1.3 振荡器特性 (6)2.1.4 芯片擦除 (7)2.2 LCD芯片 (7)2.2.1 LCD接口 (7)2.2.2 指令描述 (7)2.2.3 接口时序说明 (11)2.3 DS18B20智能温度控制器 (12)2.3.1 DS18B20的内部结构 (12)2.3.2 DS18B20温度传感器的存储器 (14)2.3.3 DS18B20使用中注意事项 (16)2.4 HK-2000A集成化脉搏传感器 (17)2.5 ND-3微振动传感器 (18)3 系统硬件电路设计 (19)3.1 Proteus软件的介绍 (19)3.1.1 Proteus软件的介绍 (19)3.1.2 proteus 的工作过程 (19)3.1.3 Proteus 软件所提供的调试手段 (20)3.1.4 Proteus和Keil uVision的联调 (20)3.2模块的说明 (21)3.2.1 复位电路部分 (21)3.2.2 晶振电路部分 (22)3.2.3 数据采集部分 (22)3.2.4 LCD显示部分 (22)3.2.5 报警电路部分 (23)3.3 整体电路图 (23)4 系统软件设计 (25)4.1 Keil uVision软件介绍 (25)4.2 程序的编写和调试 (25)4.2.1 DS18B20的工作过程 (25)4.2.2 中断服务程序 (28)4.2.3 LCD显示子程序 (29)4.2.4 系统主程序 (29)5仿真与调试 (30)6总结 (34)参考文献 (35)附录1 程序清单引言随着国民经济的不断发展，人们生活水平不断提高和完善，健康已成了人们关注的焦点和追求的目标。