【正文】 號(hào)而帶來(lái)的光 電脈搏波信號(hào)檢測(cè)的飽和失真。 在硬件設(shè)計(jì)中一般的物理信號(hào)就是電壓變化，有了這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，本課題就此開(kāi)始實(shí)施。 2．信號(hào)處理 即處理光電傳感器采集到的低頻信號(hào)的模擬電路 (包括放大、濾波、整形等 )。 工作原理 本設(shè)計(jì)采用單片機(jī) AT89C51 為控制核心，實(shí)現(xiàn)脈搏測(cè)量?jī)x的基本測(cè)量功 能。單片機(jī)電路對(duì)輸入的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理后把結(jié)果送到數(shù) 碼管顯示。 4. 穩(wěn)定性好、磨損小、壽命長(zhǎng)、維修方便。 AT89C51 的 主要性能 AT89C2051 是 ATMEL 公司生產(chǎn)的帶 2K 字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)的 8位單片機(jī) ,它具有如下主 要特性，如圖 41所示： （ 1）和 MCS51 產(chǎn)品的兼容 （ 2） 2K 字節(jié)可重編程閃速存儲(chǔ)器 （ 3）耐久性： 1,000 寫(xiě)／擦除周期 （ 4） ～ 6V的操作范圍 （ 5）全靜態(tài) 操作： 0Hz～ 24MHz 兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 片內(nèi)模擬比較器 耐久性： 1,000 寫(xiě)／擦除周期 128 8位內(nèi)部 RAM 可編程串行 UART 通道 和 MCS51 產(chǎn)品的兼容 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 24MHz 兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 片內(nèi)模擬比較器 2. GND：地。 和 還分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的同相輸入 (AIN0)和反相輸入（ AIN1)。 P1口 還在閃速編程和程序校驗(yàn)期間接收代碼數(shù)據(jù)。當(dāng) P3 口引腳寫(xiě)入“ 1”時(shí) ,它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。 5. RST： 復(fù)位輸入。 6. XTAL1：作為振蕩器反相放大器的輸入和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入。經(jīng)計(jì)算得單片機(jī)工作胡機(jī)器周期為： 12（ 1247。 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(jiàn)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。A），稱(chēng)為光敏二極管的暗電流；當(dāng)有光照時(shí)，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子 空穴，稱(chēng)為光電載流子。光敏三級(jí)管的外型與一般三極管相差不大，一般光敏三極管只引出兩個(gè)極 —— 發(fā)射極和集電極，基極不引出，管殼同樣開(kāi)窗口，以便光線射入。 光電傳感器檢測(cè)原理 檢測(cè)原理是 : 隨著心臟的搏動(dòng)，人體組織半透明度隨之改變：當(dāng)血液送到人體組織時(shí)，組織的半透明度減小，當(dāng)血液流回心臟，組織半透明度則增大；這種現(xiàn)象在人體組織較薄的手指尖、耳垂等部位最為明顯 [5]。 LED 的綜述 在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，為了便于人們觀察和監(jiān)視單片機(jī)的運(yùn)行情況，常常 需要用顯示器顯示運(yùn)行的中間結(jié)果、狀態(tài)等信息，因此顯示器也是不可缺少的外 部設(shè)備之一。但顯示內(nèi)容有限，不能顯示圖形，因而其應(yīng)用有局限性 [11]。共陰極 LED 數(shù)碼管顯示器的公共端為發(fā)光二極管陰極，通常接地，當(dāng)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 45所示。靜態(tài)顯示主要的優(yōu)點(diǎn)是顯示穩(wěn)定，在發(fā)光二極管導(dǎo)通電流一定的情況下顯示器的亮度大，系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，在需要更新顯示內(nèi)容時(shí)，CPU 才去執(zhí)行顯示更新子程序，這樣既節(jié)約了 CPU 的時(shí)間，又提高了 CPU 的工作效率。對(duì)于每一位顯示器來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。 通過(guò)比較，我們可以發(fā)現(xiàn) LED動(dòng)態(tài)顯示更加適合本設(shè)計(jì)，所以就采用此方法。在本設(shè)計(jì)中， 紅外 接收三極管和 紅外 發(fā)射二極管相對(duì)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(duì)后級(jí)模擬電路的干擾。 R21過(guò)大，通過(guò)紅外發(fā)射二極管的電流偏小，紅外接收三極管無(wú)法區(qū)別有脈搏和無(wú)脈搏時(shí)的信號(hào)。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)造成輸圖 51 透射式光電傳感器圖 出電壓略低。 圖 52脈搏信號(hào)采集電路 信號(hào)放大 放大器的介紹 LM324 是四運(yùn)放集成電路，它采用 14 腳雙列直插塑料封裝 .它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。 放大電路 按人體脈搏在運(yùn)動(dòng)后跳動(dòng)次數(shù)達(dá) 200 次 /分鐘的計(jì)算來(lái)設(shè)計(jì)低通放大器，如圖55 所示。波形如圖 56所示。大約持續(xù) 20ms 之后，因 C7充電電流減小而使 U2A 同相輸入端的電位降低到低于反相輸入端的電位（尖脈沖已過(guò)去很久），于是 U2A 改變狀態(tài)并再次輸出低電平。輸出波形如圖 58所示。 顯示電路 本設(shè)計(jì)的顯示采用 LED 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描來(lái)顯示。 6 抗干擾措施及使用方法 圖 512 顯示電路 6 抗干擾措施 為了提高測(cè)量?jī)x的精確度，系統(tǒng)首先要解決的是硬件方面的干擾問(wèn)題。為了減少環(huán)境光對(duì)脈搏信號(hào)測(cè)量的影響，同時(shí)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(gè)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(cè)量過(guò)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(jí)放大電路，有效地抑制了外界電磁信號(hào)對(duì)原始脈搏信號(hào)的干擾。對(duì)于傳感器的設(shè)計(jì)，現(xiàn)在采用的主要是第一個(gè)途徑。 7 總結(jié) 研究中的很多電路都比較簡(jiǎn)單，但是必須保持清醒的頭腦和一絲不茍的精神，否則稍不留神就會(huì)有錯(cuò)誤，一點(diǎn)的錯(cuò)誤都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)的失??！此次研 究通過(guò)小組人員之間的互相溝通學(xué)習(xí)得到了很大的成功，我們都倍感欣慰，并通過(guò)這次的研究得到了很多的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，利用到了平時(shí)學(xué)習(xí)中的很多知識(shí)，這不僅增加了我們的知識(shí)更通過(guò)實(shí)際行動(dòng)來(lái)獲得了極大的自信和動(dòng)手經(jīng)驗(yàn)。 總體來(lái)說(shuō)，本次實(shí)驗(yàn)獨(dú)立完成，使我受益匪淺。這次實(shí)習(xí)恰恰給我們提供了一個(gè)應(yīng)用自己所學(xué)知識(shí)的機(jī)會(huì)，從到圖書(shū)館查找資料到對(duì)電路的設(shè)計(jì)對(duì)電路定位的再到最后電路的成型，都對(duì)我所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了檢驗(yàn)。 我們要熟練地掌握課本上的知識(shí)，這樣才能對(duì)試驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析解決。 參考文獻(xiàn) [1]高上凱淺談腦一機(jī)接口的發(fā)展現(xiàn)狀與挑戰(zhàn) [J]中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào)， 2021， 26(6)801— 803 [2] 孫友明，黃秉鐮新型腦電信號(hào)放大檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) [J]醫(yī)療衛(wèi)生裝備， 2021 28(1)： 1 5— 1 7 [3]李建鋒，何為，楊浩．基于 DSP 的心電監(jiān)護(hù)儀的設(shè)計(jì) [N]．重慶工商大學(xué) 學(xué)報(bào)， 2021， 6： 21— 24 [4]李秀農(nóng)，汪國(guó)強(qiáng)．光電式脈搏傳感器及由其組成的血壓測(cè)量?jī)x [J]．電測(cè) 與儀表 ，總第一期 [5]． 彭承琳．生物醫(yī)學(xué)傳感器原理及應(yīng)用 [M]．高等教育出版社． [6]楊國(guó)忠．生物醫(yī)學(xué)工程的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái) [J1．世界醫(yī)療 器械， 1995， 1(1) [7]丁鎮(zhèn)生．傳感及其遙控遙測(cè)技術(shù)應(yīng)用 [MI．北京：電子工業(yè)出版社， 2()o2． [8]楊福生．電生理信號(hào)的檢測(cè) [J]．世界醫(yī)療器械， 1996， 2(2)． [9]張克彥． AVR 單片機(jī)實(shí)用程序設(shè)計(jì) fM]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2021． [10]丁化成，耿德根，李君凱． AVR 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì) [MI．北京：北京航空航 天大學(xué)出版社， 2021． ． ． 致謝 本論文是在尊敬的劉曉莉老師的悉心指導(dǎo)和關(guān)懷下完成的，在三年的學(xué)習(xí)中，劉老師淵博的專(zhuān)業(yè)知識(shí)、對(duì)待學(xué)術(shù)的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和不斷鉆研新知識(shí)、新課題的工作熱情給我留下了深刻