【正文】 ........................................................................... 3 第二章 脈搏測量儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1 第一章 概述 I Abstract 26 系統(tǒng)調(diào)試 ........................................................................................................ 26 系統(tǒng)檢驗 ........................................................................................................ 27 誤差分析 ........................................................................................................ 28 參考文獻 30 致 謝 37 附 錄 C 為了提高脈搏測量儀的簡便性和精確度，本課題設(shè)計了一種基于 51單片機的脈搏測量儀。 關(guān)鍵詞： 脈搏測量儀； AT89S52 單片機；光電傳感器 II Design of Pulse Measuring System Based On MCS51 MCU Abstract: Pulse measuring instrument has been widely used in our daily life. In order to increase its simplicity and accuracy, this subject designs one system based on singlechip microputer and infrared light emitting diode and photo transistor as sensors, and calculates time with the inner timer. The sensor produces pulse and the singlechip microputer gets the frequency by accumulating the pulses, and the timer obtains the time. The system could display the frequency and time of the pulse during operation. It can also shows the total number when it stops. After testing, the system works well and meets the design requirements. Keywords: Pulse Measurement。指脈測量比較方便、簡單，但因為手指上的汗腺較多，指夾常年使用，污染可能會使測量靈敏度下降：耳脈測量比較干凈，傳感器使用環(huán)境污染少，容易維護。 其中 光電式脈搏傳感器是根據(jù)光電容積法制成的脈搏傳感器，通過對手指末端透光度的監(jiān)測，間接檢測出脈搏信號。在中醫(yī)四診（望、聞、問、切）中，脈診占有非常重要的位置。首先，切脈單憑醫(yī)生手指感覺辨別脈象的特征，受到感覺、經(jīng)驗和表述的限制，并且難免存在許多主觀臆斷因素，影響了對脈象判斷的規(guī)范化；其次，這種用手指切脈的技巧很難掌握；再則，感知的脈象無法記錄和保存影響了對脈象機理的研究。為了節(jié)省時間，一般不會作1 分鐘的測量，通常是測量 10 秒鐘時間內(nèi)心跳的數(shù)，再把結(jié)果乘以 6 即得到每分鐘的心跳數(shù)，即使這樣做還是比較費時，而且精度也不高。脈象探頭式樣很多，有單部、三部、單點、多點、剛性接觸式、軟性接觸式、氣壓式、硅杯式、液態(tài)汞、液態(tài)水、子母式等組成 ,脈象探頭的主要原件有應(yīng)變片、壓電晶體、單晶硅、光敏元件、 PVDF 3 壓電薄膜等，其中以單部單點應(yīng)變片式為最廣泛，不過近年來正在向三部多點式方向設(shè)計 [2]。指脈測量比較方便、簡單，但因為手指上的汗腺較多，指夾常年使用，污染可能會使測量靈敏度下降：耳脈測量比 較干凈，傳感器使用環(huán)境污染少，容易維護。 其中光電式脈搏傳感器是根據(jù)光電容積法制成的脈搏傳感器，通過對手指末端透光度的監(jiān)測，間接檢測出脈搏信號。從脈搏波中提取人體的心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) 學界的重視。在硬件設(shè)計中一般的物理信號就是電壓變化，有了這個系統(tǒng)的設(shè)計思路，本課題就此開始實施。 2．信號處理 即處理光電傳感器采集到的低頻信號的模擬電路 (包括放大、濾波、整形等 )。 工作原理 本設(shè) 計采用單片機 AT89S52 為控制核心，實現(xiàn)脈搏測量儀的基本測量功能。單片機電路對輸入的脈沖信號進行計算處理后把結(jié)果送到液晶顯示。 4. 穩(wěn)定性好、磨損小、壽命長、維修方便。 AT89S52 簡介 AT89S52 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓、高性能的 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器 (PEROM)和 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器 (CPU)和 Flash 存儲單元，功能強大 AT89S52 單片機可為您提供 許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域 。1000 次擦寫周期 32 個可編程 I／ O 口線 低功耗空閑和掉電模式 AT89S52 的結(jié)構(gòu) 此次設(shè)計所使用的 AT89S52 的封裝形式是 DIP40。GND：接地 Pl口： P1 是 —個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I／ O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動 (吸收或輸出電流 )4 個 TTL 邏輯門電路。P2 口： P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I／ O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流 )4 個 TTL 邏輯門電路。②作為第二功能使用，每一位功能定義如表 所示。 PSEN：程序存儲允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 AT89S52由外部程序存儲器取指令 (或數(shù)據(jù) )時．每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。 EA ＝ 1，單片機訪問內(nèi)部程序存儲器。本設(shè)計采用 USB 供電，使用按鍵開關(guān)控制電路通與斷，分別將 VCC 和 GND 接入電路中 圖 電源電路 時鐘電路 AT89S52 雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時鐘，必須外接元件，所以實際構(gòu)成的振蕩時鐘電 路，外接晶振以及電容 C7 和 C10 構(gòu)成了并聯(lián)諧振電路接在放大器的反饋回路中，對接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響振蕩頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性，起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。 圖 復位 電路 12 脈搏信號采集 目前脈搏波檢測系統(tǒng)有以下幾種檢測方法：光電容積脈搏波法、液體耦合腔脈搏傳感器、壓阻式脈搏傳感器以及應(yīng)變式脈搏傳感器。當恒定波長的光照射到人體組織上時，通過人體組織吸收、反射衰減后，測量到的光強將在一定程度上反映了被照射部位組織的結(jié)構(gòu)特征 [7]。 光電傳感器的結(jié)構(gòu) 傳感器由紅外發(fā)光二級管和紅外接收 三極管組成。 從光源發(fā)出的光除被手指組織吸收以外，一部分由血液漫反射返回，其余部分透射出來。結(jié)構(gòu)如圖 所 13 示。故只要把此電信號轉(zhuǎn)換成脈沖并進行整形、計數(shù)和顯示 [9]，即可實時的測出脈搏的次數(shù)。反之， R6 過小，通過的電流偏大，紅外接收三極管也不能準確地辨別有脈搏和無脈搏時的信號。二是有脈期。為了防止信號因外界高頻信號干擾而使檢測結(jié)果有誤，信號就必須先進行低通濾波，以便濾出絕大部分的高頻干擾。主要參數(shù)和特性如下： LM358 內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用 ，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。 15V) ? 低功耗電流，適合于電池供電 ? 低輸入偏流 ? 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流 ? 共模輸入電壓范圍寬，包括接地 ? 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍 ? 輸出電壓擺幅大 (0 至 )[4] 表 LM358 引腳功能說明 引腳序號 英文 縮寫 集成電路 引腳功能 電阻參數(shù)（ KΩ） 直流電壓參數(shù)（ V） 正筆 接地 負筆 接地 有信號 無信號 1 AMPout1 放大信號（ 1）輸出 17 7 2 IN1 反向信號（ 1）輸入 19 3 IN1+ 同向信號（ 1）輸入 4 GND 接地 0 0 0 0 5 IN2 反向信號（ 2）輸入 6 IN2+ 同向信號（ 2）輸入 58 8 7 AMPout2 放大信號（ 2）輸出 18 8 Vcc 電源電壓 +12V 12 12 放大電路 按人體脈搏在運動后跳動次數(shù)達 200 次 /分鐘的計算來設(shè)計低通放大器，如圖 所示。 圖 放大后波形 17 波形整形電路 波形整形電路如圖 所示， U3B 是一個電壓比較器，在電壓比較器的負向電壓輸入端通過 R R5 分壓得到 的基準電壓，放大后的信號通過 C5 電容耦合進入比較器，當輸入的電壓低于 時， U3B 的第七引腳輸出高電平，發(fā)光二極管 L2 亮，并且輸入單片機進行參與運算處理，反之輸出低電平，發(fā)光二級管 L2 滅。本設(shè)計采用 16 列 *2 行的字符型 LCD1602 帶背光的液晶顯示屏。模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。在顯示電路圖 顯示電路原理圖 中可以看到，液晶顯示器的控制端口 RS， WR，和 EN 分別與單片機的 ， ， 相連，便于單片機對液晶的初始化和讀寫操作。 圖 液晶顯示 屏 實物圖 21 第四章 軟件系統(tǒng) 主程序流程： 系統(tǒng)主程序控制單片機系統(tǒng)按預定的操作方式運行 , 它是單片機系統(tǒng)程序的框架。流程如圖 。 圖 INT中斷程序流程圖 顯示程序流程： 顯示程序包括顯示上次的脈搏次數(shù)、本次測量中的時間和脈搏的次數(shù)。 取結(jié)果 延時 顯示上次脈搏結(jié)果 顯示測試中脈搏結(jié)果 顯示子程序 24 第五章 抗干擾措施及使用方法 抗干擾措施 為了提高測量儀的精確度，系統(tǒng)首先要解決的是硬件方面的干擾問題。為了減少環(huán)境光對脈搏信號測量的影響，同時考慮到傳感器使用的方便性，采用密封的指套式包裝方式，整個外殼采用不透光的介質(zhì)和顏色，盡量減小外界環(huán)境光的影響，為 了避免測量過程中的二次反射光的影響，在指套式傳感器的內(nèi)層表面涂上一層吸光材料，這樣能有效減少二次反射光的干擾。本系統(tǒng)采用了新型的光敏器件，在芯片內(nèi)部集成光敏器和一級放大電路，有效地抑制了外界電磁信號對原始脈搏信號的干擾。 對于傳感器的設(shè)計，現(xiàn)在采用的主要是第一個途徑。 26 第六章 系統(tǒng)調(diào)試 系統(tǒng)調(diào)試 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方案，本系統(tǒng)的調(diào)試可分為兩大部分：模擬部分和純 MCU部分 。單片機軟件先在最