【正文】 ③ 不同波形的重疊 ： 設(shè)計(jì) 者 可以同時(shí)使用不同的多個(gè) Y 軸坐標(biāo)，也可以將多個(gè)不同的波形放置在一起。而在 Protel DXP 中落實(shí)了這項(xiàng)功能，讓用戶(hù)能在畫(huà)電路圖時(shí)就定義設(shè)計(jì)規(guī)則。這些功能都盡可能減少了模擬儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，使誤差降到最小 [25~27]。 （ 2）對(duì) ARES PCB 模型的設(shè)計(jì) 。 圖 51 Protues 整體電路圖 Keil 編譯軟件 Keil 軟件是 眾多單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的優(yōu)秀軟件之一，它集編輯、編譯、仿真于一體，支持匯編、 PLM 語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)，界面友好，易學(xué)易用。由于過(guò)采樣倍數(shù) k 為 64，按每提高 4 倍采樣率就能提高一位分辨率來(lái)計(jì)算，獲得的 ADC 有效分辨率能提高 3 位，最后能達(dá)到約 15 位精度，其分辨率可達(dá)到。這個(gè)結(jié)果值，將通過(guò) P1口 傳哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 送到 7段 4位數(shù)碼管 顯示芯片的數(shù)據(jù)端口， 最后 被顯示出來(lái)。 經(jīng)前面處理 后 得到的信號(hào)為疊加有噪聲的脈沖正弦波 信號(hào) ，接下來(lái) 的工作就是要 對(duì)這個(gè)信號(hào) 進(jìn)行 整形 處理，以便于后面的顯示 。 這里之所以使用紅外發(fā)光二極管，是因?yàn)橥ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)得到 ,當(dāng)采用紅外發(fā)光二極管用作照射光源時(shí)，基本上可以抑制由于人在呼吸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中造成的脈搏波曲線的漂移。 芯片內(nèi)部 內(nèi)含 有 過(guò) 熱 、超載 和 過(guò)流 保護(hù)電路。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 （ 2） AT89C2051內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 32 AT89C205 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 AT89C2051是帶有 2K 字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ EEPROM）微處理器。引腳 和 在接外圍元件時(shí) 必須設(shè)置外部上拉電阻，引腳 ~ 上拉電阻由單片機(jī)內(nèi)部提供。 在醫(yī)學(xué)上把 手指組織分成皮膚、肌肉、骨骼等非血液組織和血液組織 兩部分 ， 研究表明， 非血液組織 對(duì) 的光吸收 頻率 是恒定 不變 的，在血液中，靜脈血的搏動(dòng) 情況 相對(duì)于動(dòng)脈血 而言是 十分微弱 的 ， 測(cè)量時(shí) 可以忽略 不計(jì) ， 因此動(dòng)脈血的充盈被認(rèn)為是引起光透哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 過(guò)手指后強(qiáng)度變化的主要原因， 那么在恒定波長(zhǎng)光源的照射下，通過(guò)檢測(cè)透過(guò)手指的光強(qiáng) 變化 可以間接測(cè)量到人體的脈搏信號(hào) 。方案一是采用壓電式脈搏傳感器，方案二是采用光電式脈搏傳感器。自 1969 年 Kawai發(fā)現(xiàn) PVDF 薄膜（聚偏氟乙烯）具有明顯的壓電特性后， PVDF 薄膜經(jīng)過(guò)幾十年的應(yīng)用和基礎(chǔ)研究，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械開(kāi)發(fā)和研究中。將對(duì)脈搏信號(hào)的檢測(cè)模塊，脈搏信息的處理模塊，單片機(jī)，數(shù)碼管顯示模塊等電路集成在一塊電路板上，形成一個(gè)簡(jiǎn)易的脈搏測(cè)量?jī)x。于是在節(jié)假日的時(shí)候，都會(huì)有很多人去醫(yī)院檢查身體，由于人很多，需要排很長(zhǎng)的隊(duì)，有時(shí)候都不一定能排上，加上昂貴的檢查費(fèi)用，以至于不是每個(gè)人都能到醫(yī)院進(jìn) 行身體檢查。 1999 年清華大學(xué)的金觀昌教授等人將 PVDF 薄膜用于多點(diǎn)脈搏波測(cè)試系統(tǒng)研制當(dāng)中 [3]；西北工業(yè)大學(xué)劉希的基于 USB 的多道生物醫(yī)學(xué)信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) [4]；武漢大學(xué)袁志勇等人嵌入式脈搏檢測(cè)分析系統(tǒng)的研制 [5]；東南大學(xué)楊序等人的脈搏數(shù)據(jù)采集器的研制 [6]；北京中醫(yī)藥大學(xué)牛欣 、楊杰等研制了壓力與 B超整合的中醫(yī)診脈裝置，認(rèn)為可以實(shí)時(shí)直觀觀察寸口橈動(dòng)脈運(yùn)動(dòng)情況 [7]；蘭州理工大學(xué)張愛(ài)華等人基于動(dòng)態(tài)圖像的多點(diǎn)脈搏信號(hào)檢測(cè)方法 [8]；目前上海中醫(yī)藥大學(xué)湯偉昌研制了壓力式三探頭傳感器，以模擬中醫(yī)寸關(guān)尺取脈，并探討三探頭傳感器與單探頭傳感器以及三探頭傳感器之間信息提取的差別 [9]；目前在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上得到認(rèn)可、應(yīng)用較普遍的主要是上海中醫(yī)藥大學(xué)費(fèi)兆馥教授為主要研究者，與復(fù)旦大學(xué)等單位聯(lián)合研制生產(chǎn)的ZM1 型單探頭中醫(yī)脈象儀， ZMIIIc 型智能脈象儀；上海醫(yī)藥大學(xué)與上海交通大學(xué)研制的 TPI 型脈 象數(shù)字化分析儀也已進(jìn)入臨床檢測(cè)應(yīng)用。由于基線漂移、人體活動(dòng)、工頻干擾等因素的影響，脈搏信號(hào)具有很大的噪聲，傳感器還進(jìn)行了去噪設(shè)計(jì)，使用了一個(gè)低通濾波電路吧高頻噪聲和工頻干擾濾除，是脈搏信號(hào)有效成分全部通過(guò) [11]。 考慮到以上諸多因素，本課題采用光電式脈搏傳感器。 作為一通用 I/O 引腳，不但可以訪問(wèn)還可以用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號(hào)。掉電方式保存 RAM 內(nèi)容但振蕩器停止工作并禁止 所 有其他部件的 工作直 到下一個(gè)硬件復(fù)位 [15， 16]。 7089 各參數(shù)極限值： VI—— 輸入電壓 (VO=5~18V) 35V RθJC—— 熱阻（結(jié)到殼） 5℃ /W RθJA—— 熱阻（結(jié)到空氣） 65℃ /W 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 TOPR—— 工作結(jié)溫范圍 0~125℃ TSTG—— 貯存溫度范圍 65~150℃ （ 2） 7805簡(jiǎn)介 7805是一個(gè)輸出正 5V 直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。首先在采集脈搏信號(hào)的過(guò)程中，由于儀器、人體活動(dòng)等因素而是采集的信號(hào)常伴有各種干擾，包括人體呼吸和手指抖動(dòng)引起的基線漂移、肌肉緊張引起的干擾以及工頻干擾等。 LM324_c 在工作時(shí)， 一旦有信號(hào)輸入 ，它會(huì)在輸入信號(hào)后沿到來(lái)時(shí)輸出 一個(gè) 高電平，從而使 C2通過(guò) R16進(jìn)行 充電。 圖 41 主程序流程圖 整體 程序設(shè)計(jì) 整個(gè)程序是用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)的，主要由主程序、定時(shí)器 T0 中斷服務(wù)程序、外部中斷程序，延時(shí)子程序四個(gè)模塊組成。 在數(shù)據(jù)采集中 , 為了保證采集數(shù)據(jù)的不失真和適當(dāng)?shù)木_度 , 必須選擇合適的采樣哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 頻率。在彈出的窗口中找到新建文件夾，選中 ，點(diǎn)擊 Add 按鈕，在出現(xiàn)的界面中輸入程序。用戶(hù)可 以實(shí)時(shí)采用例如 LED/LCD、鍵盤(pán)、 RS232 終端等動(dòng)態(tài)外設(shè)模型來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行交互的仿真。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 圖 59 仿真初始化電路 圖 510 仿真電路 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 PCB 板生成 Protel DXP 20xx 軟件簡(jiǎn)介 在生成 PCB 板時(shí)使用的是 Protel DXP 20xx 軟件。可將各文件 存為一般分離文件，即 Windows 文件 而不需要 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) ， 就可以存取該文件， 也可以 存 為單一 數(shù)據(jù)庫(kù)文件 ，即 Protel 99SE 的 ddb，此外新增了 數(shù)據(jù)庫(kù)外存為獨(dú)立的 Windows 文件這種混合模式。 ② 改良焊點(diǎn)連接線 ：為了使 自動(dòng)布線后焊點(diǎn)連接更恰當(dāng) ， Protel DXP 20xx 為用戶(hù)提供 了 自動(dòng)修剪焊點(diǎn)連接線的功能。 ③ 整合式的元件與元件庫(kù) ： 在 Protel DXP 20xx 中采用整合式的元件 與元件庫(kù)， 在一個(gè)元件里連結(jié)了 SI 元件模型 、 SPICE 元件模型、元件包裝 以及 元件符號(hào)。 Protel DXP 20xx 新特點(diǎn)： （ 1） 超強(qiáng)設(shè)計(jì)功能 ① 畫(huà) 尺寸線工具 ： Protel DXP 20xx 提供了超強(qiáng)的一組尺寸線 繪制 工具， 該工具 在移動(dòng)時(shí)會(huì)自動(dòng)修正尺寸，這對(duì)于 PCB 中一些層的定義有很大的幫助。在理論上同一哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用，比較方便 同時(shí)節(jié) 省 了大量的 時(shí) 間。雖然目前國(guó)內(nèi) 推廣使用時(shí)間比較短 ，但已受到 廣大 單片機(jī)愛(ài)好者、 以及 從事單片機(jī)教學(xué)的 教師和 致力于單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的 學(xué)者 的青睞。從 0000H 開(kāi)始，在 60 個(gè)樣本數(shù)據(jù)中尋找最大值，并確定其位置即波 峰位置，之后尋找緊挨著它的第二個(gè)波峰，采用軟件計(jì)數(shù)器計(jì)算兩者間的距離即其點(diǎn)數(shù)，然后按照脈率計(jì)算公式：脈率＝采樣頻率 /相鄰兩波峰 60 ＝ 50 60/相鄰兩波峰，計(jì)算出脈率，并將其存儲(chǔ)。定時(shí)器 T0 每中斷一次就顯示一位，因此 3 次中斷就能刷新一次數(shù)據(jù)，即 15ms 刷新一次數(shù)據(jù)。 單片機(jī)控制顯示電路 此部分電路主要由 AT89C2051單片機(jī) 、 7段 4位數(shù)碼管顯示器、 12MHz 的晶振電路哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 以及復(fù)位電路 等 幾個(gè)部分組成。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 脈搏信號(hào)處理電路工作原理如下： 首先， 由于正常人體脈搏一般在 50 次 /分 ~200 次 /分之間（當(dāng)人進(jìn)入睡眠狀態(tài)時(shí)脈搏一般在 50 次 /分左右；當(dāng)人體進(jìn)行激烈的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，脈搏會(huì)達(dá)到 200 次 /分左右），其所對(duì)應(yīng)的脈搏波的頻率范圍通常在 ~，因此經(jīng)紅外檢測(cè)采集并轉(zhuǎn)換得到的電信號(hào)頻率往往非常低。 圖 37 硬件整體電路圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 脈搏信號(hào)采集電路 脈搏采集由自制光電式脈搏傳感器電路實(shí)現(xiàn)，主要由紅外線發(fā)射二極管 D1 和紅外光電管 Q1 兩部分組成，其電路如圖 38 所示。兩個(gè)信號(hào)輸入端中， Vi為反相 信號(hào) 輸入端，表示該輸入端 與 運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)的位相反； Vi+為同相 信號(hào) 輸入端，表示該輸入端 與 運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)的相位相同。 當(dāng) RST 變成高電平 時(shí)，單片機(jī) 所有的 I/O 口 引腳就 被 復(fù)位到“ 1” 。在省電模式中，單片機(jī)所有將會(huì)功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件復(fù)位喚醒后方可繼續(xù)運(yùn)行。 圖 21 HK20xx 脈搏傳感器 采用光電式脈搏傳感器 根據(jù)朗伯 比爾（ LamberBeer）定律，物質(zhì)在一定波長(zhǎng)處的吸光度和它的濃度成正比。 （ 5） 完成硬件調(diào)試和軟件仿真 。 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 目前，基于人們對(duì)健康的追求，國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的人都在致力于人體檢測(cè)器件的相關(guān)研究和開(kāi)發(fā)，在解決人體無(wú)創(chuàng)傷檢測(cè)方面也取 得了卓有成效的成就，在很多中外學(xué)者的研究論文中，都有對(duì)脈搏測(cè)量?jī)x的相關(guān)研究和而且也取得了一定的突破。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 題 目： 基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量?jī)x的研究與設(shè)計(jì) 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘 要 在傳統(tǒng)的醫(yī)療檢測(cè)中，脈象檢測(cè)一直都起著非常重要的作用，人體的脈象包含著大量的人體的生理和病理方面的信息。光電式脈搏傳感器是根哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 據(jù)光電容積法制成的脈搏傳感器，充分利用了光的穿透性和不同物質(zhì)對(duì)光的吸收頻率的不同的特點(diǎn)設(shè)計(jì)而成，通常對(duì)手指末端透光度的監(jiān)測(cè)，間接檢測(cè)出脈搏信號(hào)，光電式脈搏傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)損傷、復(fù)精確度高、價(jià)格便宜、操作簡(jiǎn)單、可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。 （ 4）根據(jù)硬件電路圖和所要實(shí)現(xiàn)的功能編寫(xiě)軟件程序。該產(chǎn)品可用于脈率檢測(cè)，如運(yùn)動(dòng)、健身器材設(shè)備中的心率測(cè)試 [12~13]。 AT89C2051 與其它單片機(jī)相比有一個(gè)特殊點(diǎn)就是它的時(shí) 鐘頻率可以為零，可以通過(guò)軟件設(shè)置睡眠系統(tǒng)，能有效的節(jié)省電能，當(dāng)單片機(jī)進(jìn)入睡眠狀態(tài)時(shí)，可以通過(guò) RAM、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、串行口和外中斷口等系統(tǒng)喚醒方式將其喚醒，系統(tǒng)被喚醒后就會(huì)進(jìn)入繼續(xù)工作狀態(tài)，接著睡眠前得工作狀態(tài)繼續(xù)工作。 ） ⑤ RST： 復(fù)位輸入 引腳 。每一組運(yùn)算 放大器 可用圖 33 所示的符號(hào)來(lái)表示，它有 5 個(gè)引出腳，其中“+” 、 “ ” 為兩個(gè)信號(hào)輸入端， “ V+” 、 “ V” 為正、負(fù)電源 輸入 端， “ Vo” 為輸出端。整個(gè)電路圖可以分為脈搏信號(hào)采集電路、脈搏信號(hào)處理電路和單片機(jī)控制顯示電路三部分組成。另外， LM324_b、 C2與 R1 LM324_c 則共同組成了信號(hào)整形電路模塊。這樣的設(shè)置，就使得即使電 源 電壓降低到6V，本電路也能實(shí)現(xiàn)正常工作。 定時(shí)器 T0 的中斷時(shí)間為 5ms，每中斷一次計(jì)時(shí)變量 n 就加 1，因此計(jì)時(shí)的單位是5ms，例如一個(gè)脈搏脈沖周期對(duì)應(yīng)的 n 值為 240，則對(duì)應(yīng)的時(shí)間為 ，由此可以得到每分鐘的脈搏數(shù)為 50，如果變量 n 值達(dá)到 20xx，即 10 秒鐘仍然沒(méi)有發(fā)生外部中斷，則表示沒(méi)有脈沖信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)，于是就把變量 n的值清 0，數(shù)碼管顯示為 0. 讀數(shù)采用三位顯示。 脈率計(jì)算程序包括如下步驟：將得到的數(shù)據(jù)以雙字節(jié)存入單片機(jī) AT89C2051 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 中。它是 到 目前為止 最好的單片機(jī)及 其 外圍器件的 仿真測(cè)試軟件 。 Protues 具有的豐富的資源 ： （ 1）能夠提供的仿真儀表資源：虛擬終端、模式發(fā)生器、邏輯分析儀、示波器、I2C 調(diào)試器、信號(hào)發(fā)生器、 SPI 調(diào)試器、交直流電壓表 、 交直流電流表。與以前的 Protel99 版本相比， Protel DXP 20xx 不僅在外觀上顯得更加華麗和人性化，而且極大地強(qiáng)化了電路設(shè)計(jì)的同步化，同時(shí)整合了 VHDL 和 FPGA 設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其功能得到了很大的加強(qiáng)。對(duì)于同一個(gè)設(shè)計(jì)文件可指定其中 要使用或是不使用的 某些元件，然后產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表等文件