【正文】 而實現(xiàn)心率的測量的方法。 脈搏測試儀是用來測量一個人脈搏跳動次數(shù)的電子儀器，也是心電圖的主要組成部分 ,因此，在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)上具有重要的作用。目前檢測脈搏的儀器雖然很多，但是能實現(xiàn)精確測量、精確顯示且計時功能準(zhǔn)確等多種功能的便攜式全數(shù)字脈搏測量裝置很少。隨著人們生活環(huán)境和經(jīng)濟條件的改善，以及文化素質(zhì)的提高，其生活方 式，保健需求以及疾病種類、治療措施等發(fā)生了明顯的變化。但在目前，我國的心腦血管疾病仍呈逐年上升趨勢。其發(fā)病率和死亡率均居各種疾病之首，是人類死亡的主要原因之一。因此，認(rèn)識、預(yù)防及早期發(fā)現(xiàn)這些疾病是十分必要的。 從脈搏波中提取人體的生理病理信息作為臨床診斷和治療的依據(jù)，歷來都受到中外醫(yī)學(xué)界的重視。幾乎世界上所有的民族都用過 摸脈 作為診斷疾病的手段。脈搏波所呈現(xiàn)出的形態(tài) (波形 )、強度 (波幅 )、速率 (波速 )和節(jié)律 (周期 )等方面的綜合信息，在很大程度上反映出人體心血管系統(tǒng)中許多生理病理的血流特征 ,因此對脈搏波采集 和處理具有很高的醫(yī)學(xué)價值和應(yīng)用前景。 本設(shè)計旨在設(shè)計出一種以單片機為核心的一種實用型脈搏測量儀。采用脈搏檢測傳感器對人體的脈搏進行數(shù)據(jù)采集。得到的信號送入進行濾波、放大、整形等處理之后送入單片機進行處理。單片機將采集到的脈搏數(shù)在數(shù)碼管上實時顯示出來，同時還設(shè)置了脈搏測量儀的上下限報警電路。本設(shè)計首先描述本設(shè)計的整體思路，然后介紹各個部分設(shè)計中的細(xì)節(jié)問題，最后提出一些完善本設(shè)計的改進意見。 本設(shè)計所設(shè)計的基于單片機的便攜式心率測試儀，系統(tǒng)性能良好，結(jié)構(gòu)簡單，性價比高，輸出顯示穩(wěn)定，比較適合大眾化。適合家庭進行 自我檢測以及醫(yī)院護士進行每日的臨床記錄。這使我們在家中就可以測試心率從而能檢測是否患有一些心血管疾病，做到早發(fā)現(xiàn)。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 緒論 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在我國傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)的診斷中， “望、聞、問、切 ”是最基本的四個方面。而在其中，切，也就是脈診，占有非常重要的地位。通過脈診，醫(yī)生可以對患者的身體狀況有一個大概的了解，進而對癥下藥。脈搏信號可以直接反應(yīng)出患者心臟的部分狀況，我國傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)認(rèn)為，通過脈診可以了解到患者臟腑氣血的盛衰，可以探測到病因，病位，預(yù)測療效等。 鑒于脈診的重要性，人們對于脈搏測量一直非常關(guān)注，早在 1860 年 Vierordt 創(chuàng)建了第一臺杠桿式脈搏描記儀，國內(nèi) 20 世紀(jì) 50 年代初朱顏將脈搏儀引用到中醫(yī)脈診的客觀化研究方面。此后隨著機械及電子技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外在研制中醫(yī)脈象儀方面進展很快，尤其是 70 年代中期，國內(nèi)天津、上海、廣州、江西等地相繼成立了跨學(xué)科的脈象研究協(xié)作組 ， 多學(xué)科共同合作促使中醫(yī)脈象研究工作進入了一個新的境界。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，脈搏測量技術(shù)也越來越先進，對脈搏的測量精度也越來越高，國內(nèi)外先后研制了不同類型的脈搏測量儀，而其中關(guān)鍵是對脈搏傳感器的研究。而由于脈搏傳感器的不同，現(xiàn)今市場上的脈搏測試儀 的脈率采集主要有三種方法：采用一對紅色發(fā)光二極管實現(xiàn)、采用反射式的紅外管實現(xiàn)和采用壓電陶瓷芯片實現(xiàn)。近年來國內(nèi)外致力于開發(fā)無創(chuàng)非接觸式的傳感器，這類傳感器的重要特征是測量的探測部分不侵入機體，不造成機體創(chuàng)傷，能夠自動消除儀表自身系統(tǒng)的誤差，測量精度高，通常在體外，尤其是在體表間接測量人體的生理和生化參數(shù)。 脈搏測量儀的發(fā)展主要向以下幾個趨勢： 自動測量脈搏并且對所得到的脈搏進行自動分析 目前很多脈搏測量儀都具有檢測血氧等其他的功能，但是對這些信號的分析和診斷還需要一些有經(jīng)驗的醫(yī)生觀察，進行分析后才能確認(rèn) 結(jié)果，浪費大量的人力，且由人為引入的誤差較大。因此，未來脈搏自動檢測的內(nèi)容將更加詳細(xì)，自動分析診斷功能也更強大。 數(shù)字化技術(shù)等先進技術(shù)的應(yīng)用 隨著數(shù)字科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，脈搏測量儀集成度將更高，更便于攜帶。數(shù)字信號處理的運用將使干擾更小，測量更為準(zhǔn)確。 多功能化越來越明顯 目前的脈搏測量儀，一般都具有測試血氧，心電圖等等功能，單純的脈搏測量儀已經(jīng)很少見。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，脈搏測量儀必然可以實現(xiàn)更多的功能。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 緒論 3 設(shè)計的主要內(nèi)容 本設(shè)計以單片機為核心，由脈搏檢測傳感器采集脈搏信號。經(jīng)過前置放大電路、濾 波電路、整形電路后得到與脈搏相關(guān)的脈沖信號。該脈沖信號作為中斷信號交由單片機進行脈長周期的計算。然后得到每分鐘的脈搏搏動次數(shù)（即心率），并在數(shù)碼管上顯示心率， 同時還設(shè)置了脈搏測量儀的上下限報警電路。 本 設(shè)計 的工作是圍繞著 脈搏檢測傳感器檢測脈搏波而單片機進行控制 進行的。 本設(shè)計 的 設(shè)計 內(nèi)容安排如下： 第一章為 引言 。簡要介紹了 心率測試儀設(shè)計的目的和意義，并對基于單機的便攜式心率測試儀的 現(xiàn)狀和應(yīng)用 以及未來的發(fā)轉(zhuǎn)走勢做了簡單的闡述， 指出了本設(shè)計 的 主要技術(shù) 內(nèi)容 ，即心率的測試。 第二章 為整體方案的分析。顧名 思義第二章是對整個方案的詳細(xì)的對比與選擇并確定最終方案。在確定方案之前我必須先明確本設(shè)計的任務(wù)與要求，之后是各個部分的對比選擇。 第 三 章是本 設(shè)計 的核心。在這里 給出了整體的硬件電路設(shè)計思路，并且對電路的各個部分進行分析與解釋。 第 四 章 敘述程序的編程方案，給出程序的框架結(jié)構(gòu)圖并 對 整個設(shè)計 進行總結(jié)，而且 對以后的 設(shè)計 工作進行 了 展望。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系 統(tǒng)的總體設(shè)計方案 4 2 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案 系統(tǒng)的總體設(shè)計 本設(shè)計的系統(tǒng)模塊可以基本劃分為：脈搏傳感器部分、單片機處理電路部分、顯示電路部分和報警電路部分。 本設(shè)計 所設(shè)計的基于單片機的便攜式脈搏測量儀 將 利用脈搏檢測傳感器采集脈搏信號，再對其 進行整形、計數(shù)和顯示，就能實現(xiàn)實時檢測脈搏次數(shù)的目的 ，再通過報警電路可實現(xiàn)報警功能。 本設(shè)計結(jié)構(gòu) 硬件框圖 如圖 所示 。 脈 搏 檢 測 傳 感 器 低 通 放 大 器 整 形 電 路單 片 機數(shù) 碼 顯 示 電 路 報 警 電 路 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 方案的對比和論證 基于單片機的便攜式心率測試儀的設(shè)計。 本設(shè)計以單片機為核心，由光電傳感器采集脈搏信號。經(jīng)過前置放大電路、濾波電路、積分和比較電路后得到與脈搏相關(guān)的脈沖信號。該 脈沖信號作為中斷信號交由單片機進行脈長周期的計算。然后得到每分鐘的脈搏搏動次數(shù)（即心率），并在數(shù)碼管上顯示，并且在 超出設(shè)定的正常脈搏跳動范圍 時 ，驅(qū)動蜂鳴器報警 。 脈搏檢測傳感器的選擇 傳感器又稱為換能器、變換器等。脈搏傳感器是脈搏檢測系統(tǒng)中重要的組成部分。 光電式傳感器 血液是高度不透明的液體，光照在一般組織中的穿透性要比血液中大幾十倍，據(jù)此特點，采用光電效應(yīng)手指脈搏傳感器來拾取脈搏信號。反向偏壓的光敏二極河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案 5 管，它的反向電流具有隨光照強度增加而增加的光電效應(yīng)特性，在一定光強范圍內(nèi)，光敏二極管的反 向電流與光強呈線性關(guān)系。指端血管的容積和透光度隨心搏改變時，將使光電三極管極管收到不同的光強，并由此產(chǎn)生的光電流均隨之作相應(yīng)變化。常用檢測脈搏的光電傳感器 一般是 紅外對管。 紅外對管將對管夾于手指端部，通過手指的血液濃度會隨著心臟的跳動發(fā)生變化，紅外對管對應(yīng)的信號便會發(fā)生相應(yīng)的變化，采集此信號經(jīng)過放大，濾波，比較等處理便可以得到理想的信號 。 紅外對管 對脈搏的 檢測的基本原理：隨著心臟的搏動，人體組織半透明度隨之改變。當(dāng)血液送到人體組織時，組織的半透明度減??；當(dāng)血液流回心臟，組織的半透明度增大。這種現(xiàn)象在人體組織較 薄的手指尖、耳垂等部位最為明顯。 光電式傳感器具有 靈敏度高，易于操作 ， 響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)簡單 等優(yōu)點 。 雖然 外部光源的變化對測量結(jié)果的影響較大 ，但我們進行測量的地方一般都是在室內(nèi)，有穩(wěn)定的光源，所以在正常的操作過程中只要稍微注意下光源的問題就可以了。 壓 電式傳感器 目前常用的是一次性心電電極 ， 它是用印刷方法制得的 Ag/ Agcl 傳感器。這種傳感器采用接扣與敏感區(qū)分離的方法 ， 能明顯的減少由于人體運動產(chǎn)生的干擾。電極的好壞對采集到的心電信號質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用 ， 采用的電極應(yīng)有貼力強 ， 能緊附在人體表面 ， 柔軟 、 吸汗 、 極化電壓低 、 導(dǎo)電性良好等特點。當(dāng)選用電極傳感器時 ， 需要 3 個電極分別置于左右手和左腿 ， 構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián) 。 臨床上為了統(tǒng)一和便于比較所獲得的脈搏信號 ， 在檢測脈搏信號時 ， 對電極的位置 ， 引線與放大器的連接方式都有嚴(yán)格的統(tǒng)一規(guī)定。 目前市場上有一種采用新型高分子壓電材料聚偏氟乙烯研制的壓電傳感器 ，其靈敏度高 ,頻帶范圍好 ， 結(jié)構(gòu)簡單 ， 便于使用 。 當(dāng)手指前端受到輕微的壓力時 ，河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案 6 可以感覺到手指前端在血壓的作用下有一張一弛的感覺 ， 將這個信號用傳感器提取出來 ， 轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺ㄟ^指脈的波形檢測，就可以獲得人體的脈搏信號。 壓電式傳感器有 著 結(jié)構(gòu)簡單，實時性好，工作頻帶寬，應(yīng)用電路簡單 等諸多優(yōu)點 ， 并 且價格低廉。 但壓電式傳感器 直接與人體相接觸，容易因為人體肌肉的顫動等而產(chǎn)生干擾。 而肌肉的顫動不是人能主動控制的，所以說這部分的誤差很難控制。 并且 使用壓電式傳感器測脈搏還 容易受到外界其他信號的干擾。 集成傳感器 當(dāng)前 ， 市面上有很多類型的集成心電傳感器 ， 其靈敏度高 ， 集成度高 ， 直接就可以反映出心率的變化 ， 且已包含了濾波等抗干擾電路 ， 波形經(jīng)過放大可以直接處理使用 。 缺點是價格非常昂貴 ， 一般均在五百元以上 ， 就本次設(shè)計來說，考慮到經(jīng)費以及鍛煉自己的目的，不選 擇使用該型傳感器。 綜合 考慮種種情況 ， 結(jié)合本系統(tǒng)的設(shè)計要求以及經(jīng)費的考慮 ，本設(shè)計 采用光電式傳感器。 單片機的選擇 對于單片機型號，最熟悉的就是 C51 系列，其中包括 AT89C51， AT89C52 在AT89C51 的基礎(chǔ)上有些改進，但是聽有經(jīng)驗的同學(xué)說以型號 AT 開頭的的單片機在燒寫程序時不容易進行燒寫，于是考慮采用以型號是以 STC 為開頭的單片機，通過查資料了解發(fā)現(xiàn) STC89C52 在功能上與 AT89C52 相似，為此，本設(shè)計單片機采用STC89C52 型號單片機。 顯示部分的選擇 根據(jù)題目要求， 設(shè)計出來的系統(tǒng)是可以設(shè)定報警的范圍的。 在單片機的應(yīng) 用系統(tǒng)中，為了便于人們觀察和監(jiān)視單片機的運行情況，常常需要用顯示器顯示運行的中間結(jié)果、狀態(tài)等信息，因此顯示器也是不可缺少的外部設(shè)備之一。顯示器的種類很多，從液晶顯示、發(fā)光二極管顯示到 CRT 顯示器，都可以與微機配接。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中常用的顯示器主要有發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器，簡稱 LED 顯示器。 LED 顯示器具有耗電省、成本低廉、配置簡單靈活、安裝方便、耐振動、壽命長等優(yōu)點。 但與 LCD 相比 顯示內(nèi)容有限，不能顯示圖形，因而其應(yīng)用有局限性。LED 數(shù)碼管顯示器是由發(fā) 光的二極管顯示字段組成的。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中使用最多的就是七段 LED 數(shù)碼管，有共陰極和共陽極兩種。七段 LED 數(shù)碼管顯示器有 8河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案 7 脈搏傳感器電路 STC89C52單片機處理電路 數(shù)碼管顯示電路 蜂鳴器報警電路 震蕩電路 復(fù)位電路 個發(fā)光二極管，其中從 a~g 管腳輸入顯示代碼，可顯示不同的數(shù)字或字符， Dp 顯示小數(shù)點。共陰極 LED 數(shù)碼管顯示器的公共端為發(fā)光二極管陰極，通常接地，當(dāng)發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮。共陽極的 LED 數(shù)碼管顯示器的公共端為發(fā)光二極管的陽極，通常接 +5V 電源，當(dāng)發(fā)光二極管的陰極為低電平時，發(fā)光二極管點亮。 通過比較，我們可以發(fā)現(xiàn) LED 動態(tài)顯示更加適合本設(shè)計，所以就采用此方法。 系統(tǒng)各部分的最終方案 本章主要介紹了常見的用于脈搏檢測的三種傳感器，并對這三種感器的優(yōu)缺點進行了比較。本設(shè)計采用的單片機芯片的型號是 STC89C52，在本章主要介紹了它的一些特點。最后，給出了最終的設(shè)計方案和硬件框圖 。 圖 設(shè)計框圖 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系