【正文】 瓷來進(jìn)行采集方法簡便，但確實(shí)存在較大的問題，即能夠采集到該信號的壓電陶瓷必須要特別制作，目前的壓電陶瓷還不能檢測到該信號，或者檢測到的信號不準(zhǔn)，受干擾程度太大，我們檢測到的信號也許就根本不是脈搏信號，那么此種方法理論上行的通但實(shí)際操作問題太多，且不易解決。該方案看似可行但是在實(shí)際操作中 ，硅杯組件如何構(gòu)造的問題就難以解決。 方案的選擇 以上 為經(jīng)過搜集相關(guān)資料好整理出來的關(guān)于脈搏信號拾取的方法，我認(rèn)為在以上四種方法中，第一種基于半導(dǎo)體壓電陶瓷的脈搏信號采集方法與第四種基于紅外發(fā)射接收的脈搏信號采集接收系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)，比較之下選擇了第四種方案來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。脈搏測量儀硬件框圖如下圖 21所示： 圖 21 脈搏測量儀的工作原理 當(dāng)手指放在紅外線發(fā)射二極管和接收三極管中間，隨著心臟的跳動(dòng)，血管中血液的流量將發(fā)生變換。 光電脈搏測量儀是利用光電傳感器作為變換原件，把采集到的用于檢測脈搏跳動(dòng)的紅外光轉(zhuǎn)換成電信號，用電子儀表進(jìn)行測量和顯示的裝置。 3. 單片機(jī)電路 即利用單片機(jī)自身的定時(shí)中斷計(jì)數(shù)功能對輸入的脈沖電平進(jìn)行運(yùn)算得出心外部中斷信號 光電傳感器 低通放大器 比較器和振蕩器 單片機(jī) AT89C51 液晶 顯示電路 外部晶振 穩(wěn)壓電路 率（包括 AT89C5外部晶振、外部中斷等）。 STC89 系列單片機(jī)高速 (最高時(shí)鐘頻率 90MHz)，低功耗，在系統(tǒng) /在應(yīng)用可編程 (ISP， IAP),不占用戶資源。 ALU 只能進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算的操作數(shù)可以事先存放到累加器 ACC 或寄存器 TMP 中，運(yùn)算結(jié)果可以送回 ACC 或通用寄存器或存儲(chǔ)單元中，累加器 ACC 也可以寫為 A。有進(jìn)位 /錯(cuò)位時(shí) CY=1，否則 CY=0。 RS RS0：四個(gè)通用寄存器組選擇位，該兩位的四種組合狀態(tài)用來選擇 0~3寄存器組。 P：奇偶校驗(yàn)標(biāo)志。 STC89C52 的控制器在單片機(jī)內(nèi)部協(xié)調(diào)各功能部件之間的數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)運(yùn)算等操作，并對單片機(jī)發(fā)出若干控制信息。 STC89 單片機(jī)在物理上有四個(gè)存儲(chǔ)空間：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 STC89 的存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)如圖 32所示。當(dāng) EA 接低電平時(shí)，CPU 只從片外 ROM 取指令。 圖 32 存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)圖 STC89 的 RAM 雖然字節(jié)數(shù)不很多，但卻起著十分重要的作用。 內(nèi)部 RAM 的各個(gè)單元，都可以通過直接地址來尋找，對于工作寄存器，則一般都直接用 R0~R7，對特殊功能寄存器，也是直接使用其名字較為方便。 光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。 在此次設(shè)計(jì)中我們采用的是光電傳感器中最常見普遍的光敏二極管做 紅外接收二極管和光面三極管做紅外發(fā)送三極管。光電流的大小與光照強(qiáng) 度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號。工作時(shí)集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。由于手指動(dòng)脈血在血液循環(huán) 過程中呈周期性的脈動(dòng)變化，所以它對光的反射和衰減也是周期性脈動(dòng)的 , 于是光敏接收三極管輸出信號的變化也就反映了動(dòng)脈血的脈動(dòng)變化。在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示 器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 顯示質(zhì)量高由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（ CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。 功耗低相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng) IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。 第 3 腳： VL 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地時(shí)對比度最高，對比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生 “ 鬼影 ” ，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對比度。 第 6 腳： E 端為使能端，當(dāng) E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 三端穩(wěn)壓電路 LM7805 lm78/lm79 系列三端穩(wěn)壓 IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價(jià)格便宜。 圖 35 外形引腳排列 第 4 章 單元模塊設(shè)計(jì) 本節(jié)主要介紹系統(tǒng)各單元模塊的具體功能、電路結(jié)構(gòu)、工作原理、以及各個(gè)單元模塊之間的聯(lián)接關(guān)系，如圖 41 所示。 IC 采集成穩(wěn)壓器 lm7805， C1 C2 分別為輸入端和輸出端濾波電容， R2 為負(fù)載電阻 ， D2 為電源指示燈，如圖 43 所示 。紅外接收三極管和紅外發(fā)射二極管相對擺放以獲得最佳的指向特性。因此 本系統(tǒng)采用了指套式的透射型光電傳感器 , 實(shí)現(xiàn)了光電隔離 ,減少了對后級模擬電路的干擾。 R21 過大，通過紅外發(fā)射二極管的電流偏小，紅外接收三極管無法區(qū)別有脈搏和無脈搏時(shí)的信號。雖然手指遮擋了紅外發(fā)射二極管發(fā)射的紅外光，但是由于紅外接收三極管中存在暗電流，會(huì)造成輸出電壓略低。 圖 44 透射式光電傳感器圖 圖 45 脈搏信號的采集電路 信號放大電路 通過光電傳感器采集來的脈搏信號比較微弱，不能立即使用，需要先放大信號，因而需要一個(gè)信號放大電路，放大電路的核心就是放大器，這次課題采用的是 LM324 四運(yùn)放放大器。 LM324 的引腳排列見圖 47。如圖 48 所示： 圖 48 低通放大電路 根據(jù)一階有源濾波電路的傳遞函數(shù)，可得： 00()() ()1icV s AAs sVs w??? 放大倍數(shù)為： 230 27 11 1 MA RK? ? ? ? ? 截止頻率為：0 23 61 92f HzRC??? 按人體的脈搏跳動(dòng)為 200 次 /分鐘時(shí)的頻率是 Hz 考慮，低頻特性是令人滿意的。 該比較器的閥值電壓可用 R31 調(diào)節(jié)在正弦波的幅值范圍內(nèi)，但是對 R31 的調(diào)節(jié)要求并不嚴(yán)格，因?yàn)?U2C 的輸出信號 經(jīng) C R29 的微分后總是將正、負(fù)相間的尖脈沖 加到單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器 U2A 的反向輸入端，不會(huì)造成很大的觸發(fā)誤差。即發(fā)光二極管作脈搏測量狀態(tài)顯示，脈搏每跳動(dòng)一次發(fā)光二極管就亮一次。 圖 410 顯示電路 整體硬件電路 擁有了各個(gè)功能模塊以后，組合到一起，就構(gòu)成了整個(gè)脈搏測量儀的電路圖。是目前最流行開發(fā) MCS51 系列單片機(jī)的軟件，這從近年來各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持 Keil 即可看出。用過匯編語言后再使用 C 來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。系統(tǒng)初始化之后 , 進(jìn)行定時(shí)器中斷、外部中斷、顯示等工作，不同的外部硬件控制不同的子程序 [12]。同時(shí)可以對按鍵進(jìn)行檢測，只要復(fù)位測試值就可以重新開始測試。外部中斷采用邊沿觸發(fā)的方式，當(dāng)處于測量狀態(tài)的時(shí)候，來一個(gè)脈沖脈搏次數(shù)就加一，由單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器控制一分鐘，累加得出一分鐘內(nèi)的脈搏次數(shù)。流程如圖 55 所示。試著輸入一系列脈沖（用適當(dāng)?shù)碾娮杞诱龢O，間斷性地輸入），觀察 MCU部分能是否能顯示；模擬部分用不透明的筆在紅外發(fā)射二極管和接收三級管之間搖擺，借助示波器觀察波形效果如何。 根據(jù)晶體振蕩頻率計(jì)算出內(nèi)部定時(shí)器的基本參數(shù)，通過運(yùn)行一段時(shí)間可通過秒表來校正后 ,看時(shí)間誤差的量 ,以這個(gè)量為依據(jù)改變程序中的內(nèi)部定時(shí)器基本參數(shù) ,就可使時(shí)鐘調(diào)準(zhǔn)確。 可查手指擺放的位置或按鍵電路，若無故障則是硬件損壞。 由均方差公式得： 2( 1)()nS sqrnnXX?????????= 誤差分析： 經(jīng)調(diào)試和分析以后 ，誤差已基本達(dá)到要求。比如 1602 的引腳，平時(shí)看課本，這次看了，下次就忘了，主要是因?yàn)闆]有動(dòng)手實(shí)踐過吧！認(rèn)識(shí)來源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。 首先，感謝指導(dǎo)老師李雪梅老師耐心的指導(dǎo)和督促， 老師 廣博的學(xué)識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，靈活的思維方式以及耐心細(xì)致的言傳身教深深感染激勵(lì)著我，使我終身受益。 自己從一竅不通到入門，從入門到現(xiàn)在的能夠獨(dú)立思考 ,都是老師和一起學(xué)習(xí)探討過的同伴戰(zhàn)友的支持與幫助，在論文完成之際，再次向幫助過我的同學(xué)以及一直支持培育支持我的老師們致以真誠的謝意 ! 參考文獻(xiàn) [1]、張毅剛主編 .單片機(jī)原理及應(yīng)用 [M].高等教育出版社 .2020： 57125 [2]、譚浩強(qiáng)著 .C程序設(shè)計(jì) [M]第二版 .清華大學(xué)出版社 .1999: 1388 [3]、康華光主編 .電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分 [M]第四版 .高等教育出版社 . 1999: 411414 [4]、康華光主編。今天的收獲 ,是各位老師辛勤付出的結(jié)果以及學(xué)校提供的實(shí)踐的平臺(tái)，每每回憶起老師們講課講得衣衫濕透、聲音沙啞 ,就倍感知識(shí)繼承的沉重和欣慰。 在這個(gè)過程中，受到了我們老師和同學(xué)的熱切關(guān)注和耐心輔導(dǎo)，特別 李雪梅老師對我 進(jìn)行了系統(tǒng)的講解和指導(dǎo)，對設(shè)計(jì)提出了很多建設(shè)性的 意見及建議，對我的設(shè)計(jì)起到了指導(dǎo)性和決定性的作用，使我深刻的體會(huì)到了良師益友給我?guī)淼膸椭?，在此表示深深的感謝！感謝這次畢業(yè)設(shè)計(jì)帶給我的豐收的碩果，感覺系統(tǒng)的總結(jié)了 3年來所學(xué)的專業(yè)知識(shí)很有用途，我將以此為起點(diǎn)，去更加努力的學(xué)習(xí)深造爭做專業(yè)人才，為自己爭光，為母校添彩。我覺得做畢業(yè)設(shè)計(jì)同時(shí)也是對課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，平時(shí)看課本時(shí)，有時(shí)問題老是弄不懂，做完設(shè)計(jì)，那些問題就迎刃而解了。 系統(tǒng)檢驗(yàn) 作品完成的實(shí)物圖，如圖 61所示 圖 61 實(shí)物圖 系統(tǒng)上電后等待測試狀態(tài)，如圖 62所示： 圖 62 測量中顯示的數(shù)據(jù)，如圖 63 示： 圖 63 測量結(jié)束后顯示的脈搏次數(shù)，如圖 64所示： 圖 64 誤差分析 實(shí)驗(yàn)人 實(shí)際脈搏次數(shù) 測量得出脈搏次數(shù) 1 測量得出脈搏次數(shù) 2 測量得出脈搏次數(shù) 3 測量得出脈搏次數(shù) 4 A 64 64 63 65 63 B 70 71 69 69 70 C 76 75 75 74 73 D 80 80 79 81 80 E 83 83 85 82 84 圖 65 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 實(shí)際的脈搏次數(shù)以聽診器測出的脈搏次數(shù)為參考值。 ，脈搏次數(shù)沒有增加 可能是前置放大級有問題，可采用更換的辦法判斷并排除。 最后將各模塊組合后進(jìn)行整體測試，使系統(tǒng)的功能得以實(shí)現(xiàn)。由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用模塊化設(shè)計(jì)，所以方便了對各電路功能模塊的逐級測試。 圖 54 INT中斷程序流程圖 顯示程序 顯示程序包括顯示 上次脈搏次數(shù)， 本次測量中的時(shí)間和脈搏的次數(shù)。流程如圖 53 所示。 開始初始化開中斷顯示程序 圖 52 主程序流程圖 定時(shí)器中斷程序 定時(shí)器中斷服務(wù)程序由一分鐘計(jì)時(shí)、按鍵檢測、有無測試信號判斷等部