基于单片机的心率检测系统设计
摘要：系统以STC89C52单片机为核心，以光电传感器为基础，利用单片机系统内部的定时器来计算时间，由光电传感器感应产生信号，单片机通过对信号进行累积，从而获得脉搏跳动的数量，而时间则是由定时器定时而得。
在本装置的操作过程中，可以观测到指示器的闪动，如果闪动一致，则表示所测数据是正确的。
当系统停机后，仍可显示出脉冲总数及脉冲时刻。
经过试验，该系统性能良好，满足了设计的需要。
关键词：单片机；心率检测；传感器
1 引言
国内外已经出现了很多基于单片机的心率检测系统。
这些系统通常采用传感器来测量心率，并将数据输入到单片机中进行处理和分析。
在国内，一些大型医疗设备公司和高校都在开展相关研究；在国外，像美国、欧洲、日本等国家的科研机构和企业也在积极研发和应用此类系统。
该技术广泛应用于健康管理、运动监测、医疗诊断等领域。
2控制系统程序框图
该系统中设计了单片机控制以及按键模块，为了更好地观察数据，设计了显示模块，并且使用传感器模块采集数据。
如果心率不在预设的范围以内，设计的报警模块就会发出警报，总体控制框架设计如图1所示。
图1 控制系统总体框图
2 系统硬件电路设计
硬件电路在考虑设计一款产品的时候，第一步设计的部分。
是整个产品的主
要部分。
设计本文的硬件电路部分，要严格按照系统的整体功能需求与各个模块
的功能需求。
将STC89C52设置成整体的调控中心，STC89C52具有运算能力强，
功耗低的特点。
硬件电路的其他部分包含：显示、电源、传感器模块、LED灯模块。
利用传感器感知外界信息，单片机进行数据处理完成电路主体功能。
2.1 主芯片供电电路
为了保证电路的稳定工作，需要设计一个合适的供电电路。
该系统采用了
BL8563系列。
该产品的功率不高，输出的电压是正。
该芯片将电压维持到 3.3V，然后进行输出。
主控芯片供电电路图如图2所示。
图2 主控芯片供电电路图
2.2 显示电路
在考虑显示器部分的时候，选择的型号有不同的模式。
电路的引脚与所需要
的传递的信号对应好就行。
然而字符的方式就不同了，依据的是所想表示的基本
字符。
该产品内部设置的LCD液晶显示器，和其他类型的型号进行比较以后，可
以观察到有更多的优越性能，比如体型优势，功耗低等。
使用的效果会更好。
目前，该型号的应用变得逐步广泛。
该型号的工作需求在下。
（1）显示容量：16×2（字符）；工作电压：3～5.5（V）；
（2）工作电流：2.0（mA）；字符尺寸：2.95×4.35（W×H）mm；
LCD一共有16个引脚，LCD1602中的数据线路8条，控制线路3条，RS、
R/W通过连接到 MCU上，使其工作状态良好。
通常情况下，只要把指令或数据写
到LCD1602上就可以了，所以可以把 LCD 1602的读/写选控端子直接连到地面上，可以省下一条数据线。
其中，VO管脚为LCD反差调节端子，一般只需接上10K欧
姆的电位计就可以进行反差调节；还可以通过将一个合适大小的电阻器从该管脚
接地来进行调节，但是电阻的大小要由调试来确定。
2.3 传感器
传感器使用的是红外光电转换器，它的功能是通过红外光照射人的手指的血
液流动，把脉搏心跳转化为电信号，其传感器信号调节原理电路如图3所示。
图3 传感器信号调节原理电路
在该设计，使用了ST188作为红外线管 VD。
由+5V的电压驱动，R1为150
欧姆，R2为33K欧姆，人将手指置于发光二极管与光电二极管之间时，其所接受
的讯号会随着人的脉动强度而改变]。
2.4 报警电路
设计了蜂鸣器报警电路，在达到预定的阈值以后，蜂鸣器预警电路上电，发
出警报。
报警电路的设计如下。
图4 蜂鸣器报警电路
3 控制系统软件设计
单片机上电后，首先进行初始化，明确某些参数的初值，接着等着使用者按
下相应的按键，并进入相应的功能，当使用者按下测量按键的过程如图5（c）所示，单片机通过定时15s测量人体的脉搏次数的过程如图5（b）所示，然后转换
出相应的实际的脉搏次数，并在液晶屏幕上显示，如图5（a）所示，当使用者按
下设置脉搏范围设定按钮后，单片机会根据使用者按下的按钮进行幅度的增大或
减小。
主程序流程图如图5所示。
（a）显示流程图（b）脉搏计算流程图（c）按键模块流程
图
图5 主程序流程图
将软件任务分析与硬件电路设计相结合，哪些功能是由硬件实现的，哪些任
务是由软件实现的，在硬件电路设计基本确定后，也就基本确定了。
在软件的工作过程中，对整个系统进行了详细的计划。
按照软件的功能划分，可以将其划分为两大类型：第一类型是执行软件，可以实现多种实质的功能。
第
二类型是监控软件，起到了组织调度作用的软件。
在这两种类型中，其实现方式
具有各自不同的特点，其中，执行器的实现更注重于计算的有效性，并且与硬件
紧密相关，具有很强的多样性。
程序如下：
void main()
{
init_1602(); //1602初始化
time_init(); //初始化定时器
init_int0(); //外部中断0初始化程序
while(1)
{
key(); //按键函数
key_with(); //按键设置函数
rate=60000/(time[1]+time[2]+time[3]+time[4]+time[5])/5; //计算脉搏次数
flag_200ms ++; //加1
if(flag_200ms >= 200)//200毫秒到执行一次里面的程序
{
flag_200ms = 0;
write_lcd3(1,5,rate); //显示脉搏
clock_h_l(); //报警函数
}
delay_1ms(1); //延时1毫秒
}
}
void int0() interrupt 0
{
time[i] =TH0*256+TL0;//算出间隔时间
i++;
if(i==6)//记录到超过等于6次时间
{
i=1;//计数从1开始
}
}
总结
基于单片机的心率检测系统可以实现对人体心率的监测和测量。
系统通常由心率传感器、信号处理模块和单片机控制模块组成。
心率传感器用于采集心电信号，信号处理模块对信号进行滤波和放大，单片机控制模块负责对心率进行计算和显示。
该系统可以广泛应用于医疗领域和日常健康管理中。
参考文献：
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[3]周宇阳,酒衷豪.基于单片机的心率监测和分析系统设计[J].无线互联科技,2021,18(04):76-77.
项目：2023届毕业设计。
