下载文档原格式
人体脉搏检测传感器及信号处理系统程咏梅夏雅琴尚岚(北京工业大学机电工程学院工程力学部北京市100022)摘要：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。
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。
将人体脉搏波转化为电信号进行测量和分析，使中医的脉象有了一个客观的分辨标准，便于揭开脉诊现代科学本质，为预防和治疗疾病提供参考。
本文介绍了检测人体脉搏信号特征的系统。
该系统由应变式脉搏传感器及信号放大、滤波、AD转换及脉搏信号数字处理软件组成。
并用LabVIEW设计了虚拟仪器及相应的程序，使制作的脉搏检测系统能够用虚拟仪器软件LABVIEW显示出脉搏的波形。
关键词：脉搏波、传感器、检测系统A human blood pulse sensor and signal processing systemCheng Yongmei, Xia Yaqin and Shang Lan(School of Mechanical Engineering and Applied Electronic Technology, Beijing University of Technology,Beijing 100022)Abstract: Information from human blood pulse attracts more and more attention due to it may contain very pathological information which could be used as index to diagnose disease. The waveform, intensity and speed of pulse signals mostly read the physical and pathological characters of heart-blood system in human bodies. In this paper, the pulse signal that usually is feel by fingers of Chinese doctors was transferred into electric signal and thus could be measured by modern scientific way. As a result, the measured quantities can be used by a doctor as a more consistent index to make diagnoses. A pulse detecting system was developed and its functions, circuits and software based on LABVIEW were described in details.Key Words: human blood pulse, sensor, detecting system1 引言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。
人体人体脉搏信号脉搏信号脉搏信号测试测试测试系统系统系统设计提案摘 要：人体脉搏信号测试系统由上、下位机构成，下位机通过电容传声器采集脉搏信号，由串口RS2232（USB或无线传输方式）将信号送入上位机；上位机利用虚拟仪器技术对信号进行软件处理、分析和波形显示。
一、第一方案第一方案人体脉搏信号测试系统人体脉搏信号测试系统组成组成组成人体脉搏信号测试系统由上、下位机组成。
下位机(单片机系统) 进行数据采集、信号调理，上位( PC) 机处理、分析数据、显示波形，上、下位机通过串口RS-232 通信(系统框图见图3) 。
（图1）人体脉搏信号测试系统框图1 1 传感器传感器传感器为了克服接触式(光电式、应变计式及压电晶体式等) 传感器获取脉搏信号信息时易受干扰的缺点，建议以非接触式采集低频率、低幅值的脉搏波信号。
选用外套耦合腔的电容传声器B&K-4193型(主要指标为：灵敏度12.5mV/Pa，极化电压200V，频率范围0.01Hz～20kHz，频响特性：声压场15～146dB，具有瞬态响应快、低频响应好等特点)。
2 2 下位机系统下位机系统下位机系统主要由选通滤波、程控放大、A/D 转换、单片机等几部分组成(图4) 。
信号调理(放大与滤波)是下位机的主要功能。
滤波处理包括抑制共模干扰(如工频干扰、人体静电干扰)、消除基线漂移等。
整个系统由(89C51) 单片机控制，经过处理后的信号由串口RS-232 送入上位机。
（图2）下位机系统框图上位机系统3上位机系统上位PC 机通过RS-232串口读入信号，由软件处理后显示脉搏波形。
上位PC 机的界面(软面板) 主要由控制窗口、显示窗口、数据窗口等组成。
软面板代替传统仪器硬开关、按钮控制整个采集过程、实现波形分析、显示、回放等功能。
第二方案二、第二方案该方案由应变式脉搏传感器及其信号放大及滤波电路、AD 转换、接口及脉搏信号数字处理软件构成。
系统的最大特点是能够用LabVIEW虚拟仪器的操作面板及相应的程序, 显示出脉搏的波形。
目录摘要.......................................................................................... 错误!未定义书签。
第一章绪论.. (2)第二章滤波器的设计 (3)第三章时域分析 (5)第四章频域分析 ............................................................... 错误!未定义书签。
第五章程序及图形 ............................................................. 错误!未定义书签。
第六章结果分析 ............................................................... 错误!未定义书签。
心得体会、致谢 ..................................................................... 错误!未定义书签。
参考文献.................................................................................. 错误!未定义书签。
摘要脉搏是人体重要的动力学信号之一,它能反映人体心脏器官和血液循环系统的生理变化,在临床健康观察和疾病诊断中十分重要。
随着电子技术与计算机技术的发展,将人体脉搏信号转化为电信号进行检测与分析,实现智能化的脉搏检测与分析技术,已是生物医学工程领域的发展方向。
数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术。
数字信号处理与模拟信号处理是信号处理的子集。
数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波。
因此在进行数字信号处理之前需要将信号从模拟域转换到数字域，这通常通过模数转换器实现。
脉搏信号课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解脉搏信号的生理基础，掌握脉搏信号的测量方法和基本特点。
2. 学生能够描述脉搏信号的波形，并解释其与心脏跳动的关系。
3. 学生能够掌握脉搏信号的数学处理方法，如滤波、放大等。
技能目标：1. 学生能够正确使用脉搏信号测量仪器，进行实际操作并获取数据。
2. 学生能够运用数据处理软件对脉搏信号进行分析，提取有用信息。
3. 学生能够通过小组合作，设计简单的脉搏信号监测系统，提高实际问题解决能力。
情感态度价值观目标：1. 学生对脉搏信号的研究产生兴趣，增强对生物医学工程的认知。
2. 学生通过课程学习，培养严谨的科学态度和良好的团队协作精神。
3. 学生能够认识到脉搏信号监测在生活中的应用价值，关注健康，关爱生命。
课程性质：本课程为学科拓展课程，结合生物学、医学和工程学知识，培养学生的跨学科综合能力。
学生特点：六年级学生具有一定的生物学基础和数学知识，对新鲜事物充满好奇，喜欢动手实践。
教学要求：教师需运用生动的教学手段，激发学生兴趣；注重理论与实践相结合，培养学生的实际操作能力；关注学生的情感态度，引导他们树立正确的价值观。
通过本课程的学习，使学生达到具体的学习成果，为后续教学设计和评估提供依据。
二、教学内容1. 脉搏信号的生理基础：介绍心脏的工作原理，血液循环系统，脉搏的形成与传播。
- 教材章节：第二章 生物体的电现象，第四节 心脏的生物电现象。
2. 脉搏信号的测量方法：讲解常用的脉搏测量工具，如心电图、脉搏传感器等。
- 教材章节：第三章 生物医学传感器，第二节 脉搏传感器。
3. 脉搏信号的基本特点：分析脉搏信号的波形、频率、幅度等特性。
- 教材章节：第三章 生物医学传感器，第三节 脉搏信号的特点。
4. 脉搏信号的处理与分析：讲解滤波、放大等数学处理方法，以及如何使用数据处理软件。
- 教材章节：第四章 生物医学信号处理，第一节 滤波技术；第二节 数据处理软件。
第1章绪论1.1 研究背景和意义随着社会和科学技术的不断进步，人们对生命现象的认识也越来越深入，生物医学信号的检查是对人体健康状况评估的手段。
在医院里，通过检查必要的生物医学数据，医生可以对病人健康程度做一个评估，并且根据数据诊断出病患所得的疾病以及康复状况。
同时，医药保健类产品早已经不是医院的专利，以家庭为单位，几乎每个家庭都配备了必要的医疗保健类用品[1-3]。
在适宜的医疗设备条件下，病人可以不依靠医生的辅助，自己采集医学生理数据，通过医学根据对此参数分析，评估健康水平或者诊断自身是否有疾病。
现代的医疗仪器给人民生活带来了便捷，在智能化、便携式、可靠性、安全性等方面都有了很大的提高。
仪器在实现功能的同时都有不同的特点，有的仪器便于携带，有的仪器操作简单。
当然，结合众多优点的仪器无疑受到消费者的青睐。
以医院为单位，因为测量出来的数据可以直接提供给医生作为诊断或评估病人身体状况的参考，所以这类医疗仪器性能高、功能强大、测量数据准确。
而对于以家庭或个人来说，在保证功能的同时，方便测量生理数据、便于携带、价格低廉、智能化这些特点是此类医疗仪器发展的趋势。
作为诸多生理信号的一种，脉象信号蕴含着丰富的信息，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。
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[4]。
许多中医文献分析脉象的形成和西医分析虽然表、述各有不同，但是有相同的科学原理。
人体循环系统由心脏、血管、血液所组成，负责人体氧气、二氧化碳、养分及废物的运送。
血液经由心脏的左心室收缩而挤压流入主动脉，随即传递到全身动脉。
当大量血液进入动脉将使动脉压力变大而使管径扩张，在体表较浅处动脉即可感受到此扩张，即所谓的脉搏[1]。
正常人的脉搏和心跳是一致的。
脉搏的频率受年龄和性别的影响，婴儿每分钟120-140次，幼儿每分钟90-100次，学龄期儿童每分钟80-90次，成人为60-100次/分，老年人为55-60次/分。
摘要随着人们生活的水平不断提高，生活方式、饮食结构不断改变，习惯的变化和高节奏的生活导致了高血压、冠心病等心血管疾病成为常见病与多发病。
要避免和减少高血压、冠心病这类心血管疾病给人类健康带来的严重危害，有效的旱期诊断治疗方法和设备，快速的发病后的救治手段都是非常重要的,这些也正是当前广大医学界专家正在共同努力研究的重点。
而脉搏是人体活动最重要、最灵敏和最可靠的信息源，是反映人体健康状况的重要窗口，而对脉搏的提取速度又快，因此利用脉搏信号快速的发现病因也是一个有效的方法。
本课题采用嵌入式与无线通讯技术，提出处理脉信号的新方案,即采集及处理与无线发送部分（前端系统）+无线接收与PC机显示部分（后端系统）。
前端系统主要负责脉搏信号的采集和初步处理并发送，能够单独工作；通过无线接收和串口接口连接到PC机上显示，后端系统主要负责跟踪显示由前端系统传递来的信号。
正是有了无线接收模块的作用，使得系统具备了远程监测的能力。
本文论述了课题研究的现状和意义以及设计方案；介绍了主要的芯片的原理和他们的使用方法；阐述了硬件设计与软件设计方案；说明了相应软件的流程和方法，并解说了相应硬件与软件的调试。
最后对所做的工作进行了分析和总结，指出了系统涵待改进和提高的地方，展望了系统今后的发展方向。
关键词: 嵌入式系统;无线收发模块;串口;传感器AbstractWith people's lives has improved continuously, lifestyle, the changing structure of diet, habits change and the high tempo of life has led to hypertension, coronary heart disease and other cardiovascular diseases became common diseases and frequently-occurring disease.To prevent and reduce hypertension, coronary heart disease such cardiovascular disease to the serious human health hazards, effective diagnosis and treatment of the dry method and equipment, rapid onset of treatment methods are very important, these are precisely the current The broad masses of medical experts are working together the focus of the study.The pulse of human activities is the most important and most sensitive and most reliable source of information, to reflect the health status of an important window on the pulse of the fast speed of extraction, use of rapid pulse signals that cause is also an effective method.The issue with the use of embedded wireless technology, network signal processing by the new programme,acquisition and processing and wireless transmitter part (front-end systems) + wireless receiver and PC revealed that some of (back-end systems).Front-end system is mainly responsible for the signal pulse of the collection and initial processing and send to separate work and a wireless receiver connected to the serial interface on a PC, back-end system is mainly responsible for the tracking system shows that the front end to the transmission signal.It is precisely because of the role of the wireless receiver modules, making the remote monitoring system has the ability.This article discusses the issue of the status and significance of research and design programmes;On the main chip and the principle of the use of their methods on the design of hardware and software design; note the corresponding software processes and methodologies and explain the corresponding hardware and software debugging.Finally, the work done by an analysis and concluded that the culvert system to be improved and increased local and looking forward to the system's future development direction.Key words: Embedded systems; wireless transceiver module; Serial; sensor目录引言 (1)1 课题现状及研究意义 (2)1.1 课题现状 (2)1.2 研究意义 (3)2 方案论证 (3)2.1 方案选择 (3)2.2 系统框图 (4)3 主要芯片介绍 (6)3.1 光电传感器 (6)3.2 Atmega8515 (6)3.3 无线收发模块 (10)3.4 MAX232芯片 (13)4 硬件设计 (15)4.1 采集部分 (15)4.2 滤波部分 (16)4.3 放大部分 (17)4.4 555施密特整形电路 (18)4.5 下位机处理部分 (19)4.5.1单片机复位电路 (19)4.5.2数码管显示部分电路 (20)4.5.3无线发送模块部分 (20)4.5.4单片机的晶振和中央处理部分 (21)4.6 上位机部分 (22)4.6.1无线接收模块部分 (22)4.6.2接收数据处理部分 (22)4.6.3串口部分 (23)5 软件设计 (26)5.1 下位程序设计的流程图 (26)5.2 无线模块部分 (26)5.3 上位机部分流程图 (27)5.4 VB界面 (27)6 系统调试与验证 (29)6.1 硬件调试 (29)6.1.1 采集部分 (29)6.1.2 滤波部分 (29)6.1.3 放大部分 (30)6.1.4 555整形部分的调试 (30)6.1.5 下位机处理部分 (30)6.1.6 上位机处理部分 (31)6.2 软件调试 (31)6.2.1下位机处理部分 (32)6.2.2上位机部分 (33)6.3 整体调试 (35)6.4 抗干扰措施 (36)6.4.1硬件抗干扰措施 (36)6.4.2软件抗干扰措施 (36)7 结果分析与展望 (38)谢辞 (39)参考文献 (40)附录 (41)附录一 (41)附录二 (42)引言当今在医学领域中，生物医学参数的测试研究是医学界和工程技术界都很关心的新兴学科。
脉搏监测系统设计方案目录引言 (4)1 课题现状及研究意义 (5)1.1 课题现状 (5)1.2 研究意义 (6)2 方案论证 (7)2.1 方案选择 (7)2.2 系统框图 (8)3 主要芯片介绍 (10)3.1 光电传感器 (10)3.2 Atmega8515 (10)3.3 无线收发模块 (14)3.4 MAX232芯片 (17)4 硬件设计 (19)4.1 采集部分 (19)4.2 滤波部分 (20)4.3 放大部分 (21)4.4 555施密特整形电路 (22)4.5 下位机处理部分 (23)4.5.1单片机复位电路 (23)4.5.2数码管显示部分电路 (24)4.5.3无线发送模块部分 (24)4.5.4单片机的晶振和中央处理部分 (25)4.6 上位机部分 (26)4.6.1无线接收模块部分 (26)4.6.2接收数据处理部分 (26)4.6.3串口部分 (27)5 软件设计 (30)5.1 下位程序设计的流程图 (30)5.2 无线模块部分 (30)5.3 上位机部分流程图 (31)5.4 VB界面 (31)6 系统调试与验证 (33)6.1 硬件调试 (33)6.1.1 采集部分 (33)6.1.2 滤波部分 (33)6.1.3 放大部分 (34)6.1.4 555整形部分的调试 (34)6.1.5 下位机处理部分 (34)6.1.6 上位机处理部分 (35)6.2 软件调试 (35)6.2.1下位机处理部分 (36)6.2.2上位机部分 (37)6.3 整体调试 (39)6.4 抗干扰措施 (40)6.4.1硬件抗干扰措施 (40)6.4.2软件抗干扰措施 (40)7 结果分析与展望 (42)参考文献 (44)附录 (45)附录一 (45)附录二 (46)摘要随着人们生活的水平不断提高，生活方式、饮食结构不断改变，习惯的变化和高节奏的生活导致了高血压、冠心病等心血管疾病成为常见病与多发病。
综合实训报告2014 — 2015学年第1 学期实训名称：便携式人体脉搏信号检测系统设计指导教师：学院：电气工程及其自动化学院班级：姓名：学号：2014 年10 月17 日便携式人体脉搏信号检测系统设计一．综合实训的主要内容设计一种人体脉搏信号检测系统，使得系统能够采集人体脉搏信号，并对信号进行处理，分析每分钟脉搏次数及其他生理指标。
人体脉搏信号检测系统能够通过USB端口与PC机通讯，并在PC机上对采集数据进行处理，并显示每分钟脉搏跳动的次数和脉搏波形。
二．硬件方案设计HK-2000B脉搏传感器：HK-2000B集成化脉搏传感器将力敏组件(PVDF压电膜)、灵敏度温度补偿组件、感温组件、信号调理电路集成在传感器内。
具有灵敏度高、抗干扰能力强、过载能力大、一致性好、性能稳定可靠、使用寿命长等特点。
压电式原理采集信号，能够输出完整的脉搏波电压信号。
它的输出是和脉压对应的0~1.0v 脉动模拟电压信号。
AD/DA转换器PCF8951：8位AD/DA转换器。
PCF8591是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bit CMOS数据获取器件。
它具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I²C总线接口。
PCF8591的3个地址引脚A0, A1和A2可用于硬件地址编程，允许在同个I²C总线上接入8个PCF8591器件，而无需额外的硬件。
在PCF8591器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向I²C总线以串行的方式进行传输。
PCF8591的功能包括多路模拟输入、内置跟踪保持、8-bit模数转换和8-bit数模转换。
PCF8591的最大转化速率由I²C总线的最大速率决定。
STC89C52单片机：与51指令兼容。
通用型，有总线扩展和较强的位处理功能，其全双工异步串行通信口，所以具有串口通讯功能。
作为数据采集和传输的控制器。
RS232转USB芯片PL2303：PL2303 是Prolific 公司生产的一种高度集成的RS232-USB 接口转换器，可提供一个RS232 全双工异步串行通信装置与USB 功能接口便利联接的解决方案。
