【正文】 ， 2021，25( 5)： 13． [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， 2021． [6] 趙茂泰．智能儀器原理及應(yīng)用 [M]．北京：電子工業(yè)出版社． 2021： 7． [7] 楊福生．電生理信號(hào)的檢測(cè) [J]．世界醫(yī)療器械， 1996， 2(2)． [8] 劉文，楊欣，張鎧麟．基于 AT89C2051 單片機(jī)的指脈檢測(cè)系統(tǒng)的研究 [J]．醫(yī)療裝備， 2021， 9： 214． [9] 歐陽(yáng)俊，謝定等．基于 BL410 的指端脈搏波采集系統(tǒng)應(yīng)用研究 [J]．實(shí)用預(yù)防醫(yī)學(xué)， 2021， 11( 2)： 24． [10] 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， 1998， 35(3)： 3548． [11] 丁鎮(zhèn)生．傳感及其遙控遙測(cè)技術(shù)應(yīng)用 [M]．北京：電子工業(yè)出版社， 2021． [12] 強(qiáng)錫富．傳感器 [M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社． 2021： 5. [13] 王博亮，劉迎春，劉安芝．醫(yī)用傳感器及其接口設(shè)計(jì) [J]．北京，國(guó)防工業(yè)出版社， 1998. [14] 葉湘濱，熊飛麗，張文娜，羅武勝．傳感器與測(cè)試技術(shù) [M].．北京：國(guó)防工業(yè)出版社． 2021： 1. 中 北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 42頁(yè) 共 46頁(yè) 致謝 四年大學(xué)生活即將結(jié)束，在這四年中，我收獲了知識(shí)，收獲了友誼，更收獲了為人處事的道理。您嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)態(tài)度、樂(lè)觀的生活態(tài)度深深地影響著我，是您細(xì)心認(rèn)真地指導(dǎo)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)，指出我的不足之處，以使我及時(shí)修改更正。 感謝學(xué)院、分院的各級(jí)領(lǐng) 導(dǎo)，為我們創(chuàng)造的良好的學(xué)習(xí)氛圍，感謝各位老師和我的朋友，以及生物醫(yī)學(xué)工程 10050841 班的各位同學(xué)們，你們的關(guān)心與幫助使我能夠更好地成長(zhǎng)。（ 2）通過(guò)此次的設(shè)計(jì)，使我了解了脈搏測(cè)量?jī)x在國(guó)內(nèi)外發(fā)展之 迅速、應(yīng)用領(lǐng)域之廣、市場(chǎng)前景之大。 本設(shè)計(jì)主要是 51單片機(jī)在脈搏測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用。 中 北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 37頁(yè) 共 46頁(yè) 圖 二階濾波電路輸出信號(hào) 整形電路 經(jīng)過(guò)整形電路后的信號(hào)，波形如圖 所示。 流程如圖 。流程如圖 。 單片機(jī)對(duì)一分鐘內(nèi)的脈沖次數(shù)進(jìn)行 。 f(Hz) C(uF) f(Hz) C(pF) 110 201 103104 104103 10100 104105 103102 1001000 105106 10210 表 其電路原理圖如圖 。其幅頻特性如圖 所示。如圖 所示： 圖 一級(jí)放大電路 二階低通濾波電路 由于脈搏信號(hào)的頻率在 左右，正常情況下不會(huì)出現(xiàn)高于 2HZ 的信號(hào)，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)低通濾波器，用來(lái)濾去高頻信號(hào)。 LM358 的特性： 內(nèi)部頻率補(bǔ)償 直流電壓增益高 (約 100dB) 單位增益頻帶寬 (約 1MHz) 電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?(3— 30V) 雙電源 (177。 當(dāng)手指處于測(cè)量位置時(shí)，會(huì)出現(xiàn)二種情況：一是無(wú)脈期。其中透射式的發(fā)射光源與光敏接收器件的距離相等并且對(duì)稱(chēng)布置，接收的是透射光，這種方法可較好地反映出心律的時(shí)間關(guān)系。若顯示器的位數(shù)不大于 8位，則顯示器的公共端只需一個(gè) 8 位 I/O 口進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描（稱(chēng)為掃描口），控制每位顯示器所顯示的字形也需一個(gè) 8 位口（稱(chēng)為段碼輸出）。由于單片機(jī)本身提供的 I/O口有限，實(shí)際使用中，通常通過(guò)擴(kuò)展 I/O 口的形式解決輸出口數(shù)量不足的問(wèn)題。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用最多的就是七段 LED數(shù)碼管，有共陰極和共陽(yáng)極兩種。由于手指動(dòng)脈血在血液循環(huán)過(guò)程中呈周期性的脈動(dòng)變化，所以它對(duì)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(hào)的變化也就反映了動(dòng)脈血的脈動(dòng)變化。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(hào)。 光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。 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。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。 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)。通過(guò)在單塊芯片上組合通用的 CPL1 和閃速存儲(chǔ)器 ,ATMEL AT89C2051 是一強(qiáng)勁的微型計(jì)算機(jī) ,它對(duì)許多嵌入式控制應(yīng)用提供一高度靈活和成本低的解決辦法。兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 和 MCS51產(chǎn)品的兼容 這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機(jī)中 CPU 的開(kāi)銷(xiāo)小，較小的電流能得到較高的亮度且字符不閃爍。 顯示電路方案選擇 脈搏信號(hào)經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理，得到脈搏波動(dòng)頻率之后，需要在顯示電路中直觀地顯示出來(lái)。 （ 3）頻率測(cè)量法：適用于高頻信號(hào)。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案 脈搏波動(dòng)頻率測(cè)量方案的選擇 脈沖信號(hào)的頻率是指在單位時(shí)間內(nèi)由信號(hào)所產(chǎn)生的交變次數(shù)或脈沖個(gè)數(shù)，即/fx N t? 。而對(duì) 51單片機(jī)，本人比較熟悉，所以，本設(shè)計(jì)中選擇 51 單片機(jī)作為信息處理中心。該系列單片機(jī)的始祖是 Intel 的 8031 單片機(jī)，后來(lái)隨著 Flash rom 技術(shù)的發(fā)展， 8031 單片機(jī)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，成為目前應(yīng) 用最廣泛的 8 位單片機(jī)之一，其代表型號(hào)是 ATMEL 公司 的 AT89系列，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)之中。micro。micro。圍繞 micro。 （ 1） AVR 單片機(jī) AVR 單片機(jī)是 ATMEL 公司生產(chǎn)的單片機(jī)。 缺點(diǎn)：直接與人體相接觸，容易因?yàn)槿梭w肌肉的顫動(dòng)等而產(chǎn)生干擾。 采用反射式的紅外管。 目前市場(chǎng)上有一種采用新型高分子壓電材料聚偏氟乙烯研制的壓電傳感器 ,其靈敏度高 ,頻帶范圍好 ,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,便于使用。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，脈搏測(cè)量?jī)x必然可以實(shí)現(xiàn)更多的功能。過(guò)去 在醫(yī)院臨床監(jiān)護(hù)和日常中老年保健中出現(xiàn)的日常監(jiān)護(hù)儀器，如便攜式電子血壓計(jì)，可以完成脈搏的測(cè)量 ,中 北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 5頁(yè) 共 46頁(yè) 但是這種便攜式電子血壓計(jì)利用微型氣泵加壓橡膠氣囊，每次測(cè)量都需要一個(gè)加壓和減壓的過(guò)程，存在體積龐大、加減壓過(guò)程會(huì)有不適、脈搏檢測(cè)的精確度低等缺點(diǎn)。 4．?dāng)?shù)碼顯示 即把單片機(jī)計(jì)算得出的結(jié)果用 8位 LED數(shù)碼管靜態(tài)掃描來(lái)顯示，便于直接準(zhǔn)確無(wú)誤的讀出數(shù)據(jù)。 本文的研究?jī)?nèi)容 本系統(tǒng)研發(fā)主要包括了系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件。 近年來(lái)國(guó)內(nèi)外致力于開(kāi)發(fā)無(wú)創(chuàng)非接觸式的傳感器，這類(lèi)傳感器的重要特征是測(cè)量的探測(cè)部分不侵入機(jī)體 ，不造成機(jī)體創(chuàng)傷，能夠自動(dòng)消除儀表自身系統(tǒng)的誤差，測(cè)量精度高，通常在體外，尤其是在體表間接測(cè)量人體的生理和生化參數(shù) [10]。此后隨著機(jī)械及電子技術(shù)的發(fā)展，國(guó)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(guó)內(nèi)天津、上海、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(gè)新的境界 [5]。但由于中醫(yī)是靠手指獲取脈搏信息，雖然脈診具有簡(jiǎn)便、無(wú)創(chuàng)、無(wú)痛的特點(diǎn)易為患者接受，然而在長(zhǎng)期的醫(yī)療實(shí)踐中也暴露出一些缺陷。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng) 工作正常，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。為了提高脈搏測(cè)量?jī)x的簡(jiǎn)便性和精確度，本課題設(shè)計(jì)了一種基于 51 單片機(jī)的脈搏測(cè)量?jī)x。在中醫(yī)四診（望、聞、問(wèn)、切）中，脈診占有非常重要的位置 [1]。為了節(jié)省時(shí)間 ，一般不會(huì)作 1分鐘的測(cè)量，通常是測(cè)量 10 秒鐘時(shí)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(fèi)時(shí)，而且精度也不高。 指脈測(cè)量比較方便、簡(jiǎn)單，但因?yàn)槭种干系暮瓜佥^多，指夾常年 使用，污染可能會(huì)使測(cè)量靈敏度下降：耳脈測(cè)量比較干凈，傳感器使用環(huán)境污染少，容易維護(hù)。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(lái)都受到中外醫(yī)學(xué)界的重視。 1． 脈搏傳感器 即將非電量轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件。起初 用于體育測(cè)量的脈搏測(cè)試 集中在對(duì)接觸式傳感器的研究，利用此類(lèi)傳感器所研制的指脈、耳脈等測(cè)量?jī)x各有其優(yōu)缺點(diǎn)。 隨著數(shù)字科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，脈搏測(cè)量?jī)x集成度將更高，更便于攜帶。電極的好壞對(duì)采集到的心電信號(hào)質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用 ,采用的電極應(yīng)有貼力強(qiáng) ,能緊附在人體表面 ,柔軟、吸汗、極化電壓低、導(dǎo)電性良好等特點(diǎn)。常用檢測(cè)脈搏的光電傳感器分為紅外對(duì)管和紅外放射管。 三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較 （ 1）光電式： 優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，易于操作 ,響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。該傳感器價(jià)格較低，而且輸出電壓變化較為明顯，可以實(shí)現(xiàn)我們的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹? （ 2）凌陽(yáng)單片機(jī) 凌陽(yáng)是臺(tái)灣凌陽(yáng)公司推出的單片機(jī)，具有高速度、低價(jià)、可靠、實(shí)用、體積小、功耗低和簡(jiǎn)單易學(xué)等特點(diǎn)， 它的 CPU 內(nèi)核采用凌陽(yáng)推出 的 Microcontroller and Signal Processor 16 位微機(jī)處理器芯片，以下簡(jiǎn)稱(chēng) amp。micro。micro。高性能價(jià)格比： μ’nS PTM 家族片內(nèi)帶有高尋址能力的 ROM，靜態(tài) RAM 和多功能的 I/O口，另外 μ’nSPTM 的指令系統(tǒng)提供出具有較高運(yùn)算速度的 16位， 16 位的乘法運(yùn)算指令和內(nèi)積運(yùn)算指令，為其應(yīng)用添加了 DSP功能，使得 μ’nSPTM 家族運(yùn)用在復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理方面既很便利又比專(zhuān)用的 DSP 芯片廉價(jià)。通用型，有總線擴(kuò)展，有較強(qiáng)的位處理功能，有全雙工異步串行通信 口。肌電干擾可能會(huì)導(dǎo)致放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)偏移，甚至使放大器達(dá)到飽和，所以第一級(jí)放大器的放大倍數(shù)不能太高。被測(cè)信號(hào)的周期作為信號(hào)閘門(mén)，由程序控制開(kāi)關(guān)對(duì)時(shí)基進(jìn)行計(jì)數(shù)得 nx，因此被測(cè)信號(hào)周期為 Tx nx Ts??，每分鐘脈搏跳動(dòng)次數(shù)為中 北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 11頁(yè) 共 46頁(yè) 60/N Tx? 。查詢(xún)方式優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，硬件開(kāi)銷(xiāo)?。蝗秉c(diǎn)是 CPU 在整個(gè)傳送過(guò)程中需要不斷檢測(cè)外設(shè)狀態(tài)，由于 CPU 的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于外設(shè)，因此通常處于等待狀態(tài)，工作效率很低?？梢赃x擇 LCD 字符液晶屏來(lái)對(duì)脈搏波動(dòng)頻率信息進(jìn)行顯示。 本設(shè)計(jì)中，顯示的脈搏波動(dòng)頻率，同時(shí)顯示脈搏次數(shù)和測(cè)試時(shí)間，選用動(dòng)態(tài)顯示。兩級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 低功耗空載和掉電方式 中 北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 14頁(yè) 共 46頁(yè) AT89C51 的結(jié)構(gòu)框圖 AT89C2051 是一帶有 2K 字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)體 (EEPROM)的低電壓 ,高性能 8 位 CMOS 微型計(jì)算機(jī)。 3. P1 口： P1口是一 8位雙向 I/O 口。 4. P3 口： P3 口的 ～ 、 是帶有內(nèi)部上拉電阻的七個(gè)雙向 I/0 引腳。 RST 一旦變成高電平 ,所有的 I/O 引腳就 復(fù)位到“ 1”。 12M） =1us。 光敏二極管 光敏二極管是最常見(jiàn)的光傳感器。在無(wú)光照時(shí)管子流過(guò)的電流為暗電流 Iceo=（ 1+β） Icbo（很小），比一般三極管的穿透電流還?。划?dāng)有光照時(shí)，激發(fā)大量的電子空穴對(duì)，使得基極產(chǎn)生的電流 Ib 增大，此刻流過(guò)管子的電流稱(chēng)為光電流，集電極電流 Ic=（ 1+β） Ib，可見(jiàn)光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度。 LED 顯示器具有耗電省、成本低廉、配置簡(jiǎn)單靈活、安裝方便、耐振動(dòng)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。圖 中所示， 4是位選端； a~g、 Dp 是字選端。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。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。 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)。 一級(jí)放大電路 一級(jí)放大電路是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn) ,脈搏測(cè)量?jī)x要求在脈搏信號(hào)頻率范圍內(nèi)，不失真的放大所采集的微弱信號(hào) ,這要求所用的放大器必須具有低噪聲 ,低漂移 ,低失調(diào)參數(shù) ,高共模抑制比 ,高輸入阻抗 ,線形度小等特點(diǎn) 。 由于肌電干擾可能造成前置放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的偏移，甚至截至飽和，所以前置放大器的增益不能太大。 圖 無(wú)源濾波電路 圖 RC低通濾波器 幅頻特性 方案二：二階低通濾波器 采用二階有源濾波器， 通帶內(nèi)幅頻特性曲線比較平坦，而且二階也可以達(dá)到較陡的衰減的特性。 在確定了 n? ，α，以及 A 后，另 R1=R2， C1=C2，以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。 其電路原理圖如圖 。使用 4位的共陰極 LED數(shù)碼管顯示脈搏次數(shù)。 T0， T1 流程 如圖 所示。 信號(hào)采集與調(diào)理電路仿真 脈搏信號(hào) 仿真 在仿真中使用正弦波加一個(gè)直流分量模擬脈搏信號(hào)， 本次 脈搏信號(hào) 仿真使用的是頻率為 幅值為 的正弦信號(hào)加上 的直流分量，根據(jù)頻率換算成脈搏為 78（次 /分） ，脈搏信號(hào) 波形如圖 所示 。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過(guò)軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)了。然而科技的進(jìn)步勢(shì)必會(huì)使測(cè)量?jī)x的功能日益強(qiáng)大和完善，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大，將會(huì)給我們的生活帶來(lái)更多的方便和精彩。感謝學(xué)校為我提供了自我發(fā)揮的舞臺(tái)，我在這里盡情展現(xiàn)自己的才能。 父母是我生命中最重要的人，我今天取得的成績(jī)與他們?yōu)槲业母冻鍪欠植婚_(kāi)的。 其實(shí)生活的道路一直不是這么平坦的，在前進(jìn)的道路上，我遇