【正文】 ..........................................................................................15 主程序流程圖 .............................................................................................................15 中斷程序流程圖 ............................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 定時(shí)器 T0和 T1 的 中斷服務(wù)程序 ...................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 5 系統(tǒng)測試與結(jié)果分析 ........................................... 17 測試方法和儀器 ........................................................................................................17 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) VII 仿真與焊接階段 .........................................................................................................17 仿真階段 .........................................................................................................17 焊接與完成階段 ..............................................................................................17 測試數(shù)據(jù)與結(jié)果分析 .................................................................................................20 測量結(jié)果與分析 ..............................................................................................20 幾種主要系統(tǒng)干擾與影響 ................................................................................23 總結(jié)和展望 .......................................................................................................................... 24 結(jié)束語 ..................................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................. 26 附錄一：系統(tǒng)仿真圖 .............................................. 27 附錄二：系統(tǒng)原理圖 ......................................................................................................... 27 附錄三：系統(tǒng) PCB .............................................................................................................. 28 附錄四：源程序 .................................................................................................................. 28 1 1 引言 心率計(jì)的研究背景和意義 伴隨著全球科技與經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展與進(jìn)步，關(guān)愛生命與健康已成為人類的共同追求。心腦血管疾病一直是危害我們健康最大的“敵人”，全世界每年都會有許多人因?yàn)樾哪X血管疾病而死去?，F(xiàn)在，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展人們越來越傾 向與“快餐”生活，心腦血管疾病的發(fā)病率一直居高不下，怎么解決這個(gè)問題成為全世界的話題。 今天，越來越多的人已認(rèn)識到健康生活方式和疾病預(yù)防的重要性，對擁有日常家庭化和個(gè)性化的健康監(jiān)測和疾病 預(yù)防手段的需求也日益增大。在脈搏波研究方面，國內(nèi)外已經(jīng)出現(xiàn)了眾多的技術(shù)和理論，基于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)，利用脈搏波對人體心血管健康進(jìn)行無創(chuàng)檢測的方法和儀器不斷涌現(xiàn)?，F(xiàn)在的任務(wù)是既要對脈搏波的檢測分析及對心血管健康檢測應(yīng)用方面做進(jìn)一步研究，研制一種面向家庭和社區(qū)醫(yī)療服務(wù)的，能夠?qū)θ梭w動(dòng)脈硬化的程度和其他心血管健康狀況進(jìn)行無創(chuàng)檢測的儀器 ，讓更多的人對自己的心血管健康狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)的了解，對心血管疾病能夠及早的發(fā)現(xiàn)和進(jìn)行預(yù)防 [1]。 基于上述現(xiàn)狀和背景，不難發(fā)現(xiàn)，心血管功能檢測新技術(shù)、新方法的研究以及心血管功能監(jiān)測類家用電子醫(yī)療保健儀器的開發(fā)已刻不容緩。它不僅能滿足當(dāng)前的醫(yī)療保健急需，也能為維持和發(fā)展我國家用數(shù)字醫(yī)療事業(yè)，為推行實(shí)施國家“家庭醫(yī)療保健工程”做出積極和長久的貢獻(xiàn) [2]。 心率計(jì)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài) 自上世紀(jì) 80 年代以來，基于血流動(dòng)力流變學(xué)和彈性腔理論的無創(chuàng)傷血管功能檢測方法的研究逐漸受到廣泛的關(guān)注。很多不同學(xué)科的研 究員與醫(yī)學(xué)家合作，研究出各種應(yīng)用型人體心率傳感器，有單部、三部、液態(tài)水、子母式單點(diǎn)，多點(diǎn)，氣壓式、硅杯式、軟性接觸式、剛性接觸式等，組成脈搏傳感器的主要部件有壓電晶體、單晶硅、陶瓷應(yīng)變片、光敏組件、 pvdf 壓電薄膜等，其中以單部單點(diǎn)應(yīng)變片式應(yīng)用最為廣泛 [3]。 到目前為止 ,存在大量的結(jié)構(gòu)和方法評估動(dòng)脈。血管造影和其他成像技術(shù)有一個(gè)方法可以準(zhǔn)確評估動(dòng)脈腔或分心動(dòng)脈壁結(jié)構(gòu) [4]。但這些方法很復(fù)雜，成本高，需要非常復(fù)雜的技術(shù)設(shè)備，限制了其應(yīng)用在大型臨床研究，此外，還有一些其他的非侵入性方法，主要根據(jù)超聲波技 術(shù)和計(jì)算機(jī)圖像和超聲信號的分析，研究功能、結(jié)構(gòu)和某些動(dòng)脈軸和網(wǎng)站，相對復(fù)雜的技術(shù)僅用于某些臨床研究實(shí)驗(yàn)室。在無創(chuàng)方法中，脈搏波速度測試已經(jīng)廣泛應(yīng)用于評估動(dòng)脈壁的擴(kuò)張和硬度。沒有外傷，方法操作簡單、準(zhǔn)確、重現(xiàn)性好，因而廣泛應(yīng)用于大型治療和流行病學(xué)研究，這種方法非常適合家庭和社區(qū)衛(wèi)生保健服務(wù)。國外 ,比如法國科林 putalog 日本公司開發(fā)和生產(chǎn)的儀器，如浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 動(dòng)脈硬化的探測器在使用這種方法，而在歐洲和美國被廣泛傳播，家里還有一個(gè)醫(yī)院引進(jìn)這種設(shè)備，但價(jià)格昂貴 [5]。也有很多國內(nèi)單位開始研究這樣的設(shè)備，在 20xx 年， 有相似的產(chǎn)品已經(jīng)上市。然而，這些工具被應(yīng)用于大型醫(yī)療機(jī)構(gòu)，成本高、測試的成本高、檢測功能有限，不能滿足病人的需要隨時(shí)隨地進(jìn)行測試 [6]。 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 2 方案論證及元器件選擇 研究內(nèi)容及設(shè)計(jì)指標(biāo) 研究內(nèi)容：便攜式數(shù)字人體心率計(jì)運(yùn)用 AT89S52 單片機(jī)作為核心控制處理單元，采用紅外傳感器作為傳感器，運(yùn)用軟件和硬件雙重濾波技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對人體心率信號的準(zhǔn)確檢測，最終以數(shù)值形式顯示在 LCD 上。 本課題開發(fā)一款低功耗、便攜式數(shù)字心率計(jì)，具體要求如下： (1)實(shí)時(shí)顯示被測者心率值，并顯示； (2)可用按鍵設(shè)置正常心率的范圍，超過這個(gè)范圍，進(jìn)行報(bào)警提示。 方案設(shè)計(jì)與論證 傳感器的選擇與論證 (1)壓電式 壓電式傳感器的檢測方法是利用壓力傳感器或振動(dòng)傳感器將人體脈搏振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號。常見的壓力傳感器可用現(xiàn)有的壓電陶瓷代替。壓電式元件的內(nèi)阻極高，通常采用兩片相同的元件，使其極性反向相疊，由夾在中間的銅片作為一個(gè)電極。這樣，中央電極處于全空狀態(tài)，可以用具有良好絕緣性的導(dǎo)線引出。此種方法的優(yōu)點(diǎn)是傳感器種類多，一般的傳感器輸出信號也比較大，對后面的放大電路要求不高。壓電陶瓷具有成本 低、取材方便、易于提高敏感度等特點(diǎn) [7]。 (2)聲電式 聲電式傳感器的作用是將氣體、液體或固體中傳播的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號。因此，它也屬于力學(xué)量傳感器。它的制作材料一般由不定性無煙煤顆粒或壓電陶瓷構(gòu)成。顆粒式聲電傳感器的優(yōu)點(diǎn)是耐用、成本低和容易制作，缺點(diǎn)是顆粒的機(jī)械磨損和接觸表面上的瞬間電弧會使顆粒逐漸老化，從而導(dǎo)致雜音大、性能不穩(wěn)定和非線性；而壓電陶瓷式的聲電傳感器在檢測聲音信號時(shí)卻存在著一定的缺陷 [8]。 聲電式檢測方法是利用微音傳感器將人體的振動(dòng)的聲音轉(zhuǎn)換成電信號。此種方法的優(yōu)點(diǎn)是作為傳感器的微音傳 感器可利用現(xiàn)有的駐極體或電容式話筒，但其后面的電路要采取一定的措施將環(huán)境的聲音干擾信號濾去。 (3)光電式 光電系統(tǒng)通常是指能敏感由紫外光到紅外光的光能量，并將光能量轉(zhuǎn)換成電信號的器件。通常用的光電器件有光電二極管和光電三極管。光電式傳感器測量微小的位移變化有明顯的效果，但是光電傳感器對材料、電路控制和光電管屬性要求較高： 1）吸收紅外光的能力極強(qiáng) 2）介電常數(shù)小，以便得到大的輸出電壓。 3）介電損耗小 [9]。 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 光電式檢測方法是利用光電傳感器檢測人體內(nèi)血液流動(dòng)時(shí)對光的透過率或反射率不同而將其轉(zhuǎn)換成電信號的方法。此 種方法有兩種方式：一種是對射式，另一種是反射式。對射式是在一個(gè)大小合適的環(huán)的兩側(cè)各放一個(gè)發(fā)射管和一個(gè)接收管，測量時(shí)將人的手指伸到環(huán)中，由于手指中的血流量的變化而使光電接收管的光電流也隨之變化，反射式是光電發(fā)射與光電接收都指向一個(gè)方向，當(dāng)人體內(nèi)的血流發(fā)生變化時(shí)其對光的反射率也隨之變化，從而檢測出心率。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是外界干擾信號小，但其最大的難點(diǎn)是傳感器輸出信號小，對后面的放大電路要求較高。此外，對于干擾變化強(qiáng)烈的信號，回路不宜調(diào)制，可視光電管的定向角不同，光軸也不宜把握 [10]。 綜上所述，從傳感器的制作工 藝、材料的選取、受外界的干擾信號的干擾程度和制作過程中前級電路的處理難易程度上考慮，就選用 一對紅外對射二極管實(shí)現(xiàn) 。 紅外傳感器的檢測、放大、濾波和整型并傳到單片機(jī)工作系統(tǒng)的過程見下圖 21 所示： 圖 21 信號檢測處理工作流程圖 信號處理方案選擇和論證 (1)小規(guī)模數(shù)字電路 ,采用小規(guī)模數(shù)字電路也可完成此方案的基本功能，電路框圖如圖 22 所示。這種方案是采用一個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將處理后的脈波信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，在 1 分鐘內(nèi)將計(jì)數(shù)值顯示。此方案的不足是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)一個(gè)相對簡單一些的過程控制功 能都要用好多片電路，且數(shù)字電路器件功能單一，一旦硬件電路定型就難以改動(dòng)，尤其在題目要求中，要實(shí)現(xiàn)心率測量并顯示，還要超限報(bào)警等等，則顯得力不從心。 (2) PLD：可編程邏輯器件 (PLD)突破了小規(guī)模數(shù)字電路功能單一的缺點(diǎn)，可以按照設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)分析出來的邏輯要求去編程定義，應(yīng)用起來確實(shí)方便，設(shè)計(jì)也比較靈活。針對題目要求，該方案應(yīng)該至少由傳感器電路、閘門電路、計(jì)數(shù)器電路、數(shù)字鎖存電路、顯示電路、數(shù)據(jù)存儲電路、PC 接口電路七部分構(gòu)成，在閘門信號允許時(shí)間內(nèi)對被測信號計(jì)數(shù)，閘門寬度為單位時(shí)間。顯然電路復(fù)雜，一旦涉及到 數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)記憶、數(shù)據(jù)通信等功能要求時(shí)，其實(shí)現(xiàn)難度可想而知。 (3)單片機(jī)：單片機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用大家有目共睹，其體積小、重量輕、價(jià)格低、可靠性高、耗電少和靈活機(jī)動(dòng)等許多優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)被默認(rèn)。在科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理及信息管理、 CAD、 CAM、 CAA、CAI、 過程控制和儀表智能化、軍事領(lǐng)域、多媒體系統(tǒng)和信息高速公路甚至家用電器和家庭自動(dòng)化等方面都可以看到單片機(jī)的影子，可謂立下了汗馬功勞 [11]。 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 圖 22 小規(guī)模數(shù)字電路心率計(jì) (3)單片機(jī)：單片機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用大家有目共睹，其體積小、重 量輕、價(jià)格低、可靠性高、耗電少和靈活機(jī)動(dòng)等許多優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)被默認(rèn)。在科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理及信息管理、 CAD、 CAM、 CAA、CAI、 過程控制和儀表智能化、軍事領(lǐng)域、多媒體系統(tǒng)和信息高速公路甚至家用電器和家庭自動(dòng)化等方面都可以看到單片機(jī)的影子，可謂立下了汗馬功勞。 單片機(jī)內(nèi)部包含了 CPU、 RAM、 ROM、 I/O 口、總線甚至 A/D 及 D/A 轉(zhuǎn)換電路，功能十分強(qiáng)大。許多在數(shù)字電路、模擬電路中的難題都在單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)中得到了出乎意料的解決效果，通過對程序和外部少許電路的修改即可以改變整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能?？梢浦?