基于單片機的心率檢測系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文-文庫吧
2025-06-11 18:50 本頁面
【正文】 設(shè)計出了系統(tǒng)的總體方案，最后通過軟件和硬件的調(diào)試實現(xiàn)了各個模塊的功能。相關(guān)部分附有硬件原理電路圖、PCB圖、程序流程圖。此心率監(jiān)測系統(tǒng)的原理是通過紅外發(fā)射管發(fā)射的紅外線經(jīng)過人體組織后由紅外接收管接收，心率變化會使光線的強度變化。由于人體信號很微弱，因此本設(shè)計采用了兩級放大芯片（主要芯片：OP0LM324N）。在經(jīng)過電子電路的處理后，再傳送至單片機，由單片機的算法處理傳感器傳送的信號。所設(shè)想該心率監(jiān)測系統(tǒng)可以測出心率，能夠?qū)崿F(xiàn)了預(yù)定的設(shè)計要求，這將大大減少去醫(yī)院監(jiān)測所花費的時間。 心率監(jiān)測系統(tǒng)方案的選擇傳感器方案一：隨著血液在心臟中的波動，人體血液中的半透明物質(zhì)的濃度也隨之改變。因此，該心率監(jiān)測是在人體的上述位置放到紅外發(fā)射管和接收管之間，并通過檢測人體組織半透明物質(zhì)的變化，從而轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號給單片機處理。由于人體心率次數(shù)和計數(shù)器頻率是成正比，因此把傳感器采集的微弱電信號進行濾波、整形、計數(shù)和計算的值顯示到LCD上就是關(guān)鍵的步驟，就能達到時實時檢測心率的目的。傳感器方案二：當人體的心臟搏動時，人體頸部的脈搏及手腕的脈搏較為明顯。選擇壓電傳感器，即壓電薄膜PVDF(聚偏二氟乙烯)傳感器放在上述位置，把壓電傳感器測到的信號轉(zhuǎn)換成脈沖并進行整形、計數(shù)和顯示，通過感應(yīng)脈搏跳動產(chǎn)生的振動實現(xiàn)計數(shù)。從成本和制作的難易程度考慮，最終選擇了用方案一。相對于方案二，方案一具有很大的易操作和低成本性。CPU方案一：AT89S52單片機作為心率監(jiān)測系統(tǒng)的CPU是因為其低廉的價格和編程的方便性。雖然AT89S52單片機的功能是有限的，但是對于心率監(jiān)測系統(tǒng)的功能實現(xiàn)是沒有問題的，下面我們也會具體介紹AT89S52單片機的基本功能和由此設(shè)計涉及到的功能。CPU方案二：飛思卡爾公司的嵌入式芯片9S12XS128，此款芯片的優(yōu)點是在其中的112個引腳中有專門的計數(shù)器引腳，還可以根據(jù)需要設(shè)置超頻方案，使單片機運行的更快。最終選擇的是AT89S52單片機，雖然9S12XS128的功能很強大，但是在設(shè)計中會發(fā)現(xiàn)其中的很多引腳都是用不到的，造成了很到的浪費，也增加了設(shè)計的費用，不符合設(shè)計心率監(jiān)測系統(tǒng)的盡可能的降低生產(chǎn)和研發(fā)的成本設(shè)計初衷。第2章 心率監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)心率監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計原理是通過人體心臟的搏動而產(chǎn)生的血液涌動，從而血液在脈搏中濃度的突變產(chǎn)生了脈搏波動，通過光電傳感器對不同的顏色會表現(xiàn)出不同的波長，從而采集到心率的波動，再經(jīng)過硬件的濾波、整形就能得到AT89S52單片機可以采集的電信號。當然，測量心率的1分鐘內(nèi)跳動的次數(shù)不可能是測量1分鐘，而是通過單片機算法用60比上兩次心率跳動的的時間差就得到了1分鐘內(nèi)心率跳動的次數(shù)了?；谠撛O(shè)計想法，本設(shè)計就可以從硬件再到軟件開始實現(xiàn)。 光電心率監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)此心率監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器是用光電發(fā)接收管和光電發(fā)射管作為傳感器原件，把采集到的微弱紅外光經(jīng)過處理轉(zhuǎn)換成電信號，利用各個功能模塊分別實現(xiàn)測量、顯示、報警等功能。本系統(tǒng)的構(gòu)成包括光電傳感器模塊、整形放大模塊、外圍電路模塊、液晶顯示模塊、穩(wěn)壓電源模塊部分。各模塊功能如表 ：表 模塊功能表模塊名稱模塊功能光電傳感器非電量(紅外光)模擬量點信號的轉(zhuǎn)換元件，它由紅外管和紅外接收管組成，把接收到的紅外光按一定線性關(guān)系轉(zhuǎn)換成便于測量的物理量(如電壓、電流或頻率等)輸出信號處理把采集到的非可直接運用的模擬量信號進行一系列的處理(包括濾波、整形、放大)。單片機電路單片機的計數(shù)/中斷口會根據(jù)傳感器輸入的電平的變化運用算法計算出心率（包括AT89S52外圍電路、時鐘電路、外部中斷等）。液晶顯示把單片機計算得出的結(jié)果顯示在LCD1602上，便于直觀的讀出所要測量的數(shù)據(jù)。電源能夠給傳感器、信號處理、單片機提供的電源，可以是通過7805芯片穩(wěn)壓后輸出的5V直流穩(wěn)壓電源?？梢韵蚬怆妭鞲衅?、信號整形、放大、單片機Vcc提供的電源。本設(shè)計控制器采用AT89S52單片機，實現(xiàn)心率監(jiān)測系統(tǒng)的基本測量和顯示功能。 所示：圖 心率監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計框圖手指放在傳感器中間，隨著心臟的跳動，血管中組織液的濃度和流量也隨著改變。當光線照射到手指組織上時，血管中血液飽和度的改變將引起接收管接收光強度發(fā)生變化，因此光接收脈沖和心跳的節(jié)拍相一致，當接收管接收的波長發(fā)生變化時，紅外接收管的電流也跟著波動，這時紅外接收管就能檢測到電壓的變化，從而轉(zhuǎn)化為脈沖信號。該信號經(jīng)濾波、放大、整形后輸出給單片機的端口，單片機接收到外部中斷信號后執(zhí)行相應(yīng)指令。CPU對輸入的脈沖信號通過一系列的算法計算后，得出的心率數(shù)值在液晶上面顯示。 相比較于傳統(tǒng)的心率監(jiān)測系統(tǒng)，本設(shè)計光電式心率監(jiān)測系統(tǒng)具有下列優(yōu)點：1. 可測量并顯示實時心率值。2. 對人體無創(chuàng)傷，安全可靠。3. 心率監(jiān)測系統(tǒng)可以重復(fù)使用且使用簡單，精度高。4. 電源電壓為5V直流電壓，容易獲得。5. 工作穩(wěn)定、磨損小、使用時間長、維護方便。6. 由于硬件簡單，因此外形小巧、質(zhì)量輕、性價比優(yōu)越。7. 測量的有效范圍為50次199次/分鐘。 1. 臨床心率監(jiān)護。2. 體力勞動者勞動強度測定。3. 運動員運動強度測定。4. 士兵訓(xùn)練強度測定。5. 各種環(huán)境狀態(tài)下的生理實驗分析研究。6. 心理緊張狀態(tài)實驗分析研究。第3章 硬件系統(tǒng) 控制器本心率監(jiān)測系統(tǒng)的CPU選擇的是AT89S52單片機。因為此心率監(jiān)測系統(tǒng)沒有其他特殊的功能實現(xiàn)，所需要的端口也很少，所以沒有選擇功能復(fù)雜的Freescale單片機。 AT89S52 簡介AT89C51是8 位的 CPU，片內(nèi)有振蕩器和時鐘電路，工作頻率為0～24MHz。片內(nèi)有 256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器 RAM，有8K字節(jié)程序存儲器ROM，4個8位的并行I/O口（P0、PPP3），1個全雙工串行通訊口，3個16位定時器/計數(shù)器（T0、TT2），可處理 6個中斷源，兩級中斷優(yōu)先級。低功耗的閑置和掉電模式。 AT89S52 的結(jié)構(gòu)本設(shè)計所使用的單片機的封裝形式是DIP40，： AT89S52 的封裝形式AT89S52單片機40腳。： 單片機引腳引腳名稱引腳個數(shù)Vcc, GND2XTAL1, XTAL22RESET1EA/Vpp1ALE/PROG1PSEN1—8—8—8—8P3口也可作為特殊的功能口，如下列所示：口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷0） /INT1（外部中斷1） T0（記時器0外部輸入） T1（記時器1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號
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