【正文】 畢 業(yè) 設(shè) 計 （論 文）題 目： 基于單片機(jī)的心率測試儀的設(shè)計 學(xué) 院： 電氣與信息工程 摘 要 隨著生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)的發(fā)展, 醫(yī)學(xué)信號測量儀器日新月異。生物醫(yī)學(xué)測量與臨床醫(yī)學(xué)和保健醫(yī)療的聯(lián)系日益緊密。通過對人體各種生理信號的檢測，能更好的認(rèn)識人體的生命現(xiàn)象。脈象包含豐富的人體健康狀況信息, 脈診技術(shù)應(yīng)客觀化、定量化。本設(shè)計利用光電式傳感器, 設(shè)計脈搏信號獲取的方法。本設(shè)計主要是基于單片機(jī)的便攜式脈搏測試儀的具體實現(xiàn)方法，利用光電傳感器產(chǎn)生脈沖信號，經(jīng)過放大整形后，輸入單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的控制，從而測量出一分鐘內(nèi)的脈搏跳動次數(shù)，快捷方便。通過觀測脈搏信號，可以對人體的健康進(jìn)行檢查，通常被用于保健中心和醫(yī)院。本設(shè)計所設(shè)計的基于單片機(jī)的便攜式心率測試儀對推進(jìn)脈診技術(shù)客觀化的實現(xiàn)具有積極的促進(jìn)作用。本設(shè)計以單片機(jī)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(jī)進(jìn)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。關(guān)鍵詞：脈搏信號，單片機(jī)，光電傳感器，脈沖信號，便攜式心率測試儀Abstract With the development of the biomedical engineering technology, the medical signal measuring instrument is changing everyday. Biomedical measurement and clinical medicine and health care increasingly close ties. We could better understand the phenomenon of human. life through various physiological signal detection of the human body. Pulse inclusions rich state of the health information, By using optical sensors, With the high development of electronics and puter nowadays, the pulse diagnosing technology should be objective and quantitive. this text access to the pulse signal design methods. This paper mainly introduces the concrete realization method for digital pulse counter, which uses photoelectric sensors to generate pulse signal. The pulse signal is amplified and regenerated to input into MCU to carry out corresponding control, as a result the pulse number per a minute is measured. The use of the pulse counter is quick and convenient. Through observing the pulse signal, human health can be inspected, it is usually used in health care centers and the hospitals. In my design, Portable heart rate measuring instrument based on MCU has a positive role in promoting the objective of the pulse technology.Key words: Pulse，MCU，Photoelectric Sensor，Pulse Signal，Portable目 錄摘 要 IAbstract II1緒論 1 課題設(shè)計背景 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 設(shè)計的主要內(nèi)容 32系統(tǒng)的總體設(shè)計方案 4 系統(tǒng)的總體設(shè)計 4 4 4 單片機(jī)的選擇 6 6 系統(tǒng)各部分的最終方案 73系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計分析 8 8 8 11 12 12 13 脈搏信號采集 14 光電傳感器的結(jié)構(gòu)及原理 14 信號采集電路 15 信號放大電路 16 17 17 19 環(huán)境光對脈搏傳感器測量的影響 19 電磁干擾對脈搏傳感器的影響 19 測量過程中運(yùn)動噪聲的影響 20 204系統(tǒng)的軟件設(shè)計 21 設(shè)計思想 21 主程序流程圖 22 23 INT中斷程序流程 23 24 245系統(tǒng)仿真與調(diào)試 26 26 266總結(jié)與展望 29結(jié)束語 30參考文獻(xiàn) 31致謝 33附錄A 整體硬件電路圖 34附錄B 程序 35 1緒 論 課題設(shè)計背景 多年來，心率測試儀在心腦血管疾病的研究和診斷方面發(fā)揮出顯著的作用，它記錄的心臟活動時的生物電信號，已成為臨床診斷的重要依據(jù)。臨床上使用的心電監(jiān)護(hù)儀雖然功能強(qiáng)大，測量精度高，但因為價格高昂，不利于家庭的普及。就算是在醫(yī)院，護(hù)士每天監(jiān)控病人病情而進(jìn)行的心率測試也是常用手測。因為正常人的心率和脈搏跳動的次數(shù)是一樣的，所以可以用測量脈搏的方法來測心率。因此，本設(shè)計采用的是設(shè)計一種脈搏測試儀測量脈搏數(shù)從而實現(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(jì)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(qiáng)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(jī)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(jìn)行數(shù)據(jù)采集。得到的信號送入進(jìn)行濾波、放大、整形等處理之后送入單片機(jī)進(jìn)行處理。單片機(jī)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(jìn)意見。本設(shè)計所設(shè)計的基于單片機(jī)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(jìn)行自我檢測以及醫(yī)院護(hù)士進(jìn)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)。 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(jìn)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(jī)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(jìn)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(jìn)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(jìn)，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(jī)體，不造成機(jī)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(jìn)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(jìn)行分析后才能確認(rèn)結(jié)果，浪費(fèi)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(qiáng)大。數(shù)字化技術(shù)等先進(jìn)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(yùn)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。 設(shè)計的主要內(nèi)容本設(shè)計以單片機(jī)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(jī)進(jìn)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