【正文】 ....................... 24 測量過程中運(yùn)動噪聲的影響 ..................................................................... 25 測量儀使用方法 ............................................................................................. 25 第 六章 系統(tǒng)調(diào)試 32 附 錄 B 系統(tǒng)以 AT89S52單片機(jī)為核心，以紅外發(fā)光二極管和光敏三極管為傳感器，并利用單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部定時(shí)器來計(jì)算時(shí)間，由光敏三極管 感應(yīng)產(chǎn)生脈沖，單片機(jī)通過對脈沖累加得到脈搏跳動次數(shù)，時(shí)間由定時(shí)器定時(shí)而得。 MSC。但因耳脈較弱，尤其是當(dāng)季節(jié)變化時(shí)，所測信號受環(huán)境溫度影響明顯，造成測量結(jié)果不準(zhǔn)確 [3]。具有結(jié)構(gòu)簡單、無損傷、精度高、可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。脈診是我國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中最具特色的一項(xiàng)診斷方法，其歷史悠久，內(nèi)容豐富，是中醫(yī)“整體觀念”、“辨證論證”的基本精神的體現(xiàn)與應(yīng)用。脈診的這種定性化和主觀性，大大影響了其精度與可行性，成為中醫(yī)脈診應(yīng)用、發(fā)展和交流中的制約因素。為了提高脈搏測量的精確與速度，多種脈搏測量儀被運(yùn)用到醫(yī)學(xué)上來，從而開辟了一條全新的醫(yī)學(xué)診斷方法。 目前脈搏測量儀在多個(gè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，除了應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如無創(chuàng)心血管功能檢測、妊高癥檢測、中醫(yī)脈象、脈率檢測等等，商業(yè)應(yīng)用也不斷拓展，如運(yùn)動、健身器材中的心率測試都用到了技術(shù)先進(jìn)的脈搏測量儀。但因耳脈較弱，尤其是當(dāng)季節(jié)變化時(shí)，所測信號受環(huán)境溫度影響明顯，造成測量結(jié)果不準(zhǔn)確 [3]。具有結(jié)構(gòu)簡單、無損傷、精度高、可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。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 4 征 ,因此對脈搏波采集和處理具有很高的醫(yī)學(xué)價(jià)值和應(yīng)用前景 [5]。 光電脈搏測量儀的結(jié)構(gòu) 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)算得出心率（包括 AT89S5外部晶振、外部中斷等）。脈搏測量儀硬件框圖如下圖 所示： 6 圖 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，血管中血液的流量將發(fā)生變換。 光電脈搏測量儀的特點(diǎn) 與傳統(tǒng)的脈搏測量儀相比，光電式脈搏測量儀具有以下特點(diǎn)： 1. 測量的探測部分不侵入機(jī)體，不造成機(jī)體創(chuàng)傷，通常在體外。 5. 由于結(jié)構(gòu)簡單，因此體積小、重量輕、性價(jià)比優(yōu)越。 AT89S52 的特點(diǎn) 全靜態(tài)操作： OHz24MHz 2 個(gè) 16 位定時(shí)／計(jì)數(shù)器 如圖 所示。P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I／ 0 口，也即地址／數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。對端口寫 “1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。對端口寫 “1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流。 9 表 P3 口的第二功能 端口引腳 第二功能 RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INTO(外中斷 0) INT1(外中斷 1) TO(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0) T1(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1) WR(外部數(shù)據(jù) 存儲器 寫選通 ) RD(外部數(shù)據(jù) 存儲器 讀選 通 ) ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時(shí)， ALE(地址鎖存允許 )輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù) 據(jù)存儲器，這兩次有效的 PSEN 信號不出現(xiàn)。 ． XTALI：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。晶振的頻率可在~12MHZ 之間任選，電容 C7 和 C10 的典型值在 20pf~100pf 之間選擇，由于本系統(tǒng)用到定時(shí)器，為了方便計(jì)算，采用了 12M 的晶振，采用電容選擇 30pf，時(shí)鐘電路如圖 所示。近年來 , 光電檢測技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用 中發(fā)展很快 , 這主要是由于光能避開強(qiáng)烈的電磁干擾 , 具有很高的絕緣性 , 且可非侵入地檢測病人各種癥狀信息 ,具有結(jié)構(gòu)簡單、無損傷、精度高、可重復(fù)好等優(yōu)點(diǎn) [6]。 脈搏主要由人體動脈舒張和收縮產(chǎn)生的 ，在人體指尖組織中的動脈成分含量高，而且指尖厚度相對其他人體組織而言比較薄，透過手指后檢測到的光強(qiáng)相對較大，因此光電式脈搏傳感器的測量部位通常在人體指尖。采用 GaAs 紅外發(fā)光二極管作為光源時(shí)，可基本抑制由呼吸運(yùn)動造成的脈搏波曲線的漂移。光電式脈搏傳感器按照光的接收方式可分為透射式和反射式 2 種 [8]。 圖 透射式光電傳感器 光電傳感器檢測原理 檢測原理是 : 隨著心臟的搏動，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]。 信號采集電路 圖 是脈搏信號的采集電路， L2， L3 分別是紅外發(fā)射和接收裝置，由于紅外發(fā)射二極管中的電流越大，發(fā)射角度越小，產(chǎn)生的發(fā)射強(qiáng)度就越大，所以對R6 阻值的選取要求較高。當(dāng)手指離開傳感器或檢測到較強(qiáng)的干擾光線時(shí)，輸入端的直流電壓會出現(xiàn)很大變化，為了使它不致泄露到U2B 輸入端而造成錯(cuò)誤指示，用 C2 耦合電容把它隔斷 [10]。當(dāng)有跳動的脈搏時(shí)，血脈使手指透光性變差，紅外接收三極管中的暗電流減小，輸出電壓上升。而且脈搏儀所使用的地點(diǎn)不能保證是陰暗的室內(nèi)，所以要考慮到強(qiáng)光對其測量的干擾。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場合。 RW C2， C3,C4 組成低通濾波器以進(jìn)一步濾除殘留的干擾，截止頻率由 R C2， C3,C4 決定，運(yùn)放 U2A 將信號放大，放大倍數(shù)由 R4 和 RW1的比值 決定。電路如圖所示： 圖 波形整形電 經(jīng)過比較器 U3B 的輸出波形如圖 所示。 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM)存儲了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每 一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，顯示時(shí)模塊把地址中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到相應(yīng)的字母。液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效 [8]。 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM）存儲了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形。 P00 P01GND1VCC2VO3RS4RW5E6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714BG VCC15BG GND16LCD 1602LCD1液晶 LCD1602P02 P03 P04 P05 P06 P07VCC VCCGNDGNDR2電位器P25 P26 P27 圖 液晶顯示電路 20 圖 液晶顯示電路原理圖 其中，液晶 5 端為讀 /寫選擇端，因?yàn)椴粡囊壕е凶x取數(shù)據(jù)，只向其寫入命令和顯示數(shù)據(jù)，因此此端始終選擇為寫狀態(tài)，即低電平接地。系統(tǒng)上電后 ,對系統(tǒng)進(jìn)行初始化。 圖 主程序流程圖 開始 初始化 開中斷 顯示程序 22 INT 中斷程序流程： 外部中斷服務(wù)程序完成對外部信號的測量和計(jì) 算。從中斷程序中取得結(jié)果后，先顯示上次的脈搏次數(shù)，經(jīng)過 10ms的延時(shí)后再顯示測試中的脈搏次數(shù)，再經(jīng)過 10ms的延時(shí)顯示測試中的時(shí)間。光電式脈搏測量儀的測量過程中，前端測量到的脈搏信號十分微弱，容易受到外界環(huán)境干擾，其中主要的干擾源有測量環(huán)境光干擾、 電磁干擾、測量運(yùn)動噪聲。 加上指套式外殼后的脈搏傳感器測量到的脈搏波形比較平滑。 工頻干擾是電路中最常見的干擾，脈搏信號變化緩慢，特別容易受到工頻信號的干擾，因此對工頻信號干擾的抑制是保證脈搏信號測量精度的主要措施之 25 一。 測量儀使用方法 測量儀通電后， LCD1602 全部顯示 0。 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。 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)。 4. 顯示正常但經(jīng)適當(dāng)運(yùn)動后測量，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 。 系統(tǒng)檢驗(yàn) 系統(tǒng)未上電狀態(tài)， 如圖 所示 圖 系統(tǒng)上電后等待測試狀態(tài)，如圖 所示 : 圖 系統(tǒng)等待測試狀態(tài) 28 測量結(jié)束后顯示的脈搏次數(shù)，如圖 所示： 圖 系統(tǒng)測試狀態(tài) 誤差分析 表 誤差分析表 實(shí)際的脈搏次數(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 測量得出脈搏次數(shù) 5 65 64 64 63 65 63 72 70 71 69 69 70 76 76 75 75 74 73 81 80 80 79 81 80 85 83 83 85 82 84 注：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。 另一方面，單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。 本設(shè)計(jì)主要是 51 單片機(jī)在脈搏測試系統(tǒng)中的應(yīng)用。由于時(shí)間比較短，同時(shí)本人 掌握的知識有限，本次設(shè)計(jì)雖已完成，但其中有很多不足，如程序不夠簡練，電路板不夠美觀，光電傳感器靈敏度不夠高，顯示部分不夠完美等，同時(shí)此次設(shè)計(jì)的測量儀功能比較單一，沒有如語音系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動讀出脈搏次數(shù)等人性化功能，且在設(shè)計(jì)過程中使用的運(yùn)放數(shù)量也較多，加大了電源管理的復(fù)雜度。（ 2）通過此次的設(shè)計(jì)，使我了解了脈搏測量儀在國內(nèi)外發(fā)展之迅速、應(yīng)用領(lǐng)域之廣、市場前景之大。感謝學(xué)校為我提供了自我發(fā)揮的舞臺，我在這里盡情展現(xiàn)自己的才能。你們的諄諄教誨使我有志于在本專業(yè)繼續(xù)深造。他們 一如既往的支持，是我前進(jìn)的最大動力，是我成功的基石，感謝你們多年來為我的付出。 ulong time。 // 清除計(jì)算相關(guān)寄存器 ET0=1。 } else { time=n*65536+TH0*256+TL0。 for(j=0。k++) { if(dd[k]dd[k+1]) { tmp=dd[k]。amp。 n=0。c0。a0。 //延時(shí) IT0=1。 TL0=0x0。 //開總中斷 while(1) { if(n10) { n=0。H39。 TimeNum[2]=39。r39。 。 TimeNum[6]=39。a39。 。 TimeNum[10]=39。 ShowString(1,Test1)。 EX0=1。 ShowString(0,TimeNum )。 //write data WriteData (LCD1602_Table[ci%10])。 //write data WriteData (39。i39。)。 } 37 附 錄 B 38 附 錄 C