【正文】 ， 2021，25( 5)： 13． [5] 彭承琳．生物醫(yī)學傳感器原理及應(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．電生理信號的檢測 [J]．世界醫(yī)療器械， 1996， 2(2)． [8] 劉文，楊欣，張鎧麟．基于 AT89C2051 單片機的指脈檢測系統(tǒng)的研究 [J]．醫(yī)療裝備， 2021， 9： 214． [9] 歐陽俊，謝定等．基于 BL410 的指端脈搏波采集系統(tǒng)應(yīng)用研究 [J]．實用預(yù)防醫(yī)學， 2021， 11( 2)： 24． [10] 李秀農(nóng)，汪國強．光電式脈搏傳感器及由其組成的血壓測量儀 [J]．電測與儀表， 1998， 35(3)： 3548． [11] 丁鎮(zhèn)生．傳感及其遙控遙測技術(shù)應(yīng)用 [M]．北京：電子工業(yè)出版社， 2021． [12] 強錫富．傳感器 [M]. 北京：機械工業(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 [J]．北京，國防工業(yè)出版社， 1998. [14] 葉湘濱，熊飛麗，張文娜，羅武勝．傳感器與測試技術(shù) [M].．北京：國防工業(yè)出版社． 2021： 1. 中 北大學 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第 42頁 共 46頁 致謝 四年大學生活即將結(jié)束，在這四年中，我收獲了知識，收獲了友誼，更收獲了為人處事的道理。您嚴謹?shù)慕虒W態(tài)度、樂觀的生活態(tài)度深深地影響著我，是您細心認真地指導(dǎo)我的畢業(yè)設(shè)計，指出我的不足之處，以使我及時修改更正。 感謝學院、分院的各級領(lǐng) 導(dǎo)，為我們創(chuàng)造的良好的學習氛圍，感謝各位老師和我的朋友，以及生物醫(yī)學工程 10050841 班的各位同學們，你們的關(guān)心與幫助使我能夠更好地成長。（ 2）通過此次的設(shè)計，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。 本設(shè)計主要是 51單片機在脈搏測試系統(tǒng)中的應(yīng)用。 中 北大學 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第 37頁 共 46頁 圖 二階濾波電路輸出信號 整形電路 經(jīng)過整形電路后的信號，波形如圖 所示。 流程如圖 。流程如圖 。 單片機對一分鐘內(nèi)的脈沖次數(shù)進行 。 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 一級放大電路 二階低通濾波電路 由于脈搏信號的頻率在 左右，正常情況下不會出現(xiàn)高于 2HZ 的信號，因此需要設(shè)計一個低通濾波器，用來濾去高頻信號。 LM358 的特性： 內(nèi)部頻率補償 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：單電源 (3— 30V) 雙電源 (177。 當手指處于測量位置時，會出現(xiàn)二種情況：一是無脈期。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稱布置，接收的是透射光，這種方法可較好地反映出心律的時間關(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 8 位 I/O 口進行動態(tài)掃描（稱為掃描口），控制每位顯示器所顯示的字形也需一個 8 位口（稱為段碼輸出）。由于單片機本身提供的 I/O口有限，實際使用中，通常通過擴展 I/O 口的形式解決輸出口數(shù)量不足的問題。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中使用最多的就是七段 LED數(shù)碼管，有共陰極和共陽極兩種。由于手指動脈血在血液循環(huán)過程中呈周期性的脈動變化，所以它對光的反射和衰減也是周期性脈動的 , 于是光敏接收三極管輸出信號的變化也就反映了動脈血的脈動變化。光電流的大 小與光照強度成正比，于是在負載電阻上就能得到隨光照強度變化而變化的電信號。 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)部時鐘發(fā)生器的輸入。當 P3 口引腳寫入“ 1”時 ,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)。通過在單塊芯片上組合通用的 CPL1 和閃速存儲器 ,ATMEL AT89C2051 是一強勁的微型計算機 ,它對許多嵌入式控制應(yīng)用提供一高度靈活和成本低的解決辦法。兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 和 MCS51產(chǎn)品的兼容 這樣單片機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，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機中 CPU 的開銷小，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 脈搏信號經(jīng)過單片機處理，得到脈搏波動頻率之后，需要在顯示電路中直觀地顯示出來。 （ 3）頻率測量法：適用于高頻信號。 系統(tǒng)軟件設(shè)計方案 脈搏波動頻率測量方案的選擇 脈沖信號的頻率是指在單位時間內(nèi)由信號所產(chǎn)生的交變次數(shù)或脈沖個數(shù)，即/fx N t? 。而對 51單片機，本人比較熟悉，所以，本設(shè)計中選擇 51 單片機作為信息處理中心。該系列單片機的始祖是 Intel 的 8031 單片機，后來隨著 Flash rom 技術(shù)的發(fā)展， 8031 單片機取得了長足的進展，成為目前應(yīng) 用最廣泛的 8 位單片機之一，其代表型號是 ATMEL 公司 的 AT89系列，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)測控系統(tǒng)之中。micro。micro。圍繞 micro。 （ 1） AVR 單片機 AVR 單片機是 ATMEL 公司生產(chǎn)的單片機。 缺點：直接與人體相接觸，容易因為人體肌肉的顫動等而產(chǎn)生干擾。 采用反射式的紅外管。 目前市場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)簡單 ,便于使用。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，脈搏測量儀必然可以實現(xiàn)更多的功能。過去 在醫(yī)院臨床監(jiān)護和日常中老年保健中出現(xiàn)的日常監(jiān)護儀器，如便攜式電子血壓計，可以完成脈搏的測量 ,中 北大學 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第 5頁 共 46頁 但是這種便攜式電子血壓計利用微型氣泵加壓橡膠氣囊，每次測量都需要一個加壓和減壓的過程，存在體積龐大、加減壓過程會有不適、脈搏檢測的精確度低等缺點。 4．數(shù)碼顯示 即把單片機計算得出的結(jié)果用 8位 LED數(shù)碼管靜態(tài)掃描來顯示，便于直接準確無誤的讀出數(shù)據(jù)。 本文的研究內(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。 近年來國內(nèi)外致力于開發(fā)無創(chuàng)非接觸式的傳感器，這類傳感器的重要特征是測量的探測部分不侵入機體 ，不造成機體創(chuàng)傷，能夠自動消除儀表自身系統(tǒng)的誤差，測量精度高，通常在體外，尤其是在體表間接測量人體的生理和生化參數(shù) [10]。此后隨著機械及電子技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外在研制中醫(yī)脈象儀方面進展很快，尤其是 70年代中期，國內(nèi)天津、上海、江西等地相繼成立了跨學科的脈象研究協(xié)作組， 多學科共同合作促使中醫(yī)脈象研究工作進入了一個新的境界 [5]。但由于中醫(yī)是靠手指獲取脈搏信息，雖然脈診具有簡便、無創(chuàng)、無痛的特點易為患者接受，然而在長期的醫(yī)療實踐中也暴露出一些缺陷。經(jīng)測試，系統(tǒng) 工作正常，達到設(shè)計要求。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。在中醫(yī)四診（望、聞、問、切）中，脈診占有非常重要的位置 [1]。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。 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。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。 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 用于體育測量的脈搏測試 集中在對接觸式傳感器的研究，利用此類傳感器所研制的指脈、耳脈等測量儀各有其優(yōu)缺點。 隨著數(shù)字科學技術(shù)的發(fā)展，脈搏測量儀集成度將更高，更便于攜帶。電極的好壞對采集到的心電信號質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用 ,采用的電極應(yīng)有貼力強 ,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。常用檢測脈搏的光電傳感器分為紅外對管和紅外放射管。 三種方案的優(yōu)缺點比較 （ 1）光電式： 優(yōu)點：靈敏度高，易于操作 ,響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)簡單。該傳感器價格較低，而且輸出電壓變化較為明顯，可以實現(xiàn)我們的實驗?zāi)康摹? （ 2）凌陽單片機 凌陽是臺灣凌陽公司推出的單片機，具有高速度、低價、可靠、實用、體積小、功耗低和簡單易學等特點， 它的 CPU 內(nèi)核采用凌陽推出 的 Microcontroller and Signal Processor 16 位微機處理器芯片，以下簡稱 amp。micro。micro。高性能價格比： 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)提供出具有較高運算速度的 16位， 16 位的乘法運算指令和內(nèi)積運算指令，為其應(yīng)用添加了 DSP功能，使得 μ’nSPTM 家族運用在復(fù)雜的數(shù)字信號處理方面既很便利又比專用的 DSP 芯片廉價。通用型，有總線擴展，有較強的位處理功能，有全雙工異步串行通信 口。肌電干擾可能會導(dǎo)致放大器的靜態(tài)工作點偏移，甚至使放大器達到飽和，所以第一級放大器的放大倍數(shù)不能太高。被測信號的周期作為信號閘門，由程序控制開關(guān)對時基進行計數(shù)得 nx，因此被測信號周期為 Tx nx Ts??，每分鐘脈搏跳動次數(shù)為中 北大學 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第 11頁 共 46頁 60/N Tx? 。查詢方式優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，硬件開銷??；缺點是 CPU 在整個傳送過程中需要不斷檢測外設(shè)狀態(tài)，由于 CPU 的速度遠遠高于外設(shè)，因此通常處于等待狀態(tài)，工作效率很低?？梢赃x擇 LCD 字符液晶屏來對脈搏波動頻率信息進行顯示。 本設(shè)計中，顯示的脈搏波動頻率，同時顯示脈搏次數(shù)和測試時間，選用動態(tài)顯示。兩級加密程序存儲器 低功耗空載和掉電方式 中 北大學 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第 14頁 共 46頁 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體 (EEPROM)的低電壓 ,高性能 8 位 CMOS 微型計算機。 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的光傳感器。在無光照時管子流過的電流為暗電流 Iceo=（ 1+β） Icbo（很?。纫话闳龢O管的穿透電流還?。划斢泄庹諘r，激發(fā)大量的電子空穴對，使得基極產(chǎn)生的電流 Ib 增大，此刻流過管子的電流稱為光電流，集電極電流 Ic=（ 1+β） Ib，可見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、配置簡單靈活、安裝方便、耐振動、壽命長等優(yōu)點。圖 中所示， 4是位選端； a~g、 Dp 是字選端。對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。在本設(shè)計中，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。 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的信號。 一級放大電路 一級放大電路是整個系統(tǒng)設(shè)計的重點 ,脈搏測量儀要求在脈搏信號頻率范圍內(nèi)，不失真的放大所采集的微弱信號 ,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 。 由于肌電干擾可能造成前置放大器靜態(tài)工作點的偏移，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，以簡化設(shè)計。 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。 信號采集與調(diào)理電路仿真 脈搏信號 仿真 在仿真中使用正弦波加一個直流分量模擬脈搏信號， 本次 脈搏信號 仿真使用的是頻率為 幅值為 的正弦信號加上 的直流分量，根據(jù)頻率換算成脈搏為 78（次 /分） ，脈搏信號 波形如圖 所示 。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了。然而科技的進步勢必會使測量儀的功能日益強大和完善，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U大，將會給我們的生活帶來更多的方便和精彩。感謝學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。 父母是我生命中最重要的人，我今天取得的成績與他們?yōu)槲业母冻鍪欠植婚_的。 其實生活的道路一直不是這么平坦的，在前進的道路上，我遇