【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 RAM； 15 個(gè)可編程 I/0 口線； 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器； 6 個(gè)中斷源； 可編程串行 UART 通道； 可直接驅(qū)動(dòng) LED 的輸出端口 ； 內(nèi)置一個(gè)模擬比較器； 低功耗空閑和掉電模式。 設(shè)計(jì)方案 檢測(cè)方法 此設(shè)計(jì)采取的方 法用紅外 線來(lái) 檢測(cè) 人體 脈搏，因?yàn)楣饽鼙荛_(kāi)很強(qiáng)烈的電磁干擾，具有很強(qiáng)烈的絕緣性，并且可以 做到 非侵入式的檢測(cè)脈搏波。它采用紅外線來(lái)檢測(cè)并采集駕駛員的脈搏，所 檢測(cè) 部位可以為被檢測(cè)人的一個(gè)手指或耳垂（對(duì)于駕駛員來(lái)說(shuō)檢測(cè)耳垂會(huì)比較不影響他的駕駛，如果制造成藍(lán)牙耳機(jī)的樣式會(huì)更加實(shí)用方便）。 檢測(cè)原理 此設(shè)計(jì)的檢測(cè)基本原理是： 人體組織 中的血液流量伴隨著心臟的搏 動(dòng)而 產(chǎn)生變化，血管中血液的飽和度發(fā)生變化 ， 那么人體組織 的半透明度也會(huì)因此被 改變。當(dāng)血液被送到人體 各部分的 組織時(shí)， 血管中的血液飽和度就會(huì)變大相應(yīng)的 組織的半透 明度就會(huì)減??；當(dāng)血液 重新 流回到心臟時(shí)， 人體 組織 血管中的血液飽和度變小，相應(yīng)的它 的半透明度 就會(huì)增大。因此，如果在人體組織 相對(duì)比較薄弱的地方（例如指尖和耳垂）用 紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生的紅外線照射， 就可以用紅外三極管接收并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。因?yàn)橛蒙鲜龇椒y(cè)試得到的脈搏信號(hào)跟人體的脈搏頻率 成正比， 脈搏信號(hào) 只要 通過(guò)一定功能的電路 轉(zhuǎn)換成 的 脈沖 信號(hào) 并 對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理 ，就可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的脈搏頻率 被 隨時(shí)檢測(cè)的目的 。而如果檢測(cè)到的脈搏頻率低于或者高于正常值的 百分之二十 時(shí)，單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行分析輸出，然后驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路，對(duì)駕駛員進(jìn)行報(bào)警 ，從而實(shí)現(xiàn)其智能。 河南大學(xué)民生 學(xué)院本科畢業(yè)論文 6 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 綜上， 設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖及其說(shuō)明如圖 22 所示： 圖 22 設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖 3 系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì) 在 硬件 部分， 電路主要完成的是心率采集和心率數(shù)據(jù)處理的功能，那么可以將整體電路 分為心率采集和 單片機(jī)控制電路。 心率采集控制系統(tǒng) 圖 31 心率采集處理電路 心率采集處理電路如 圖 31 所示。 紅外檢測(cè)與采集脈搏 信號(hào)抗干擾及濾波 信號(hào)整形與放大 單片機(jī) AT89C2051 報(bào)警系統(tǒng) 液晶屏顯示 河南大學(xué)民生 學(xué)院本科畢業(yè)論文 7 紅外檢測(cè)采集電路模塊：由 D1 和 Q1 組成的紅外檢測(cè)元件 等 組成； 信號(hào)整形電路模塊： RC 振蕩電路 （由 電阻 R2 和和 電 容 C1 組成） 、光電隔離 電路 、 一階低通濾波電路 ，它們共同構(gòu)成了信號(hào)抗干擾電路組；另外，它們和IC1b、 C5 與 R IC1c 共同組成信號(hào)整形電路。 以上三個(gè)主要的模塊組成 心率采集電路。 心率采集處理電路工作過(guò)程如下 ： 電路中的 紅外線二極管 D1 發(fā)射紅外線 照射到耳垂或指尖 部位，然后 紅外 接收 三極管 Q1 接收相應(yīng)人體部位的半透明度，電信號(hào)就這樣被轉(zhuǎn)換出來(lái)了 。 據(jù)相關(guān)資料顯示，大多數(shù)人體的脈搏 是在 五十 次 每 分 鐘 和 兩百 次 每 分 鐘之間， 這樣經(jīng)過(guò)計(jì)算可 得到的 頻率范圍 大致就 在 和 之間， 由此可知， 經(jīng)由紅外設(shè)置得到的脈 搏頻率會(huì)很低 。 那么， 外界高頻信號(hào) 會(huì)很容易地 干擾 到脈搏信號(hào) 而出現(xiàn)錯(cuò) 誤， 所以， 信號(hào) 在進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)之前 就 必須先進(jìn)行處理 才能夠 使用 。電路中采用 C1 和 R2 組 合進(jìn)行低通濾波，可以濾除絕大多數(shù)的高頻干擾 。 然而，由于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的使用場(chǎng)所為室外， 室外光線相對(duì)室內(nèi)明亮許多， 因此它很大可能會(huì)遇到強(qiáng)光輻射 的情況。 電容 C2 和 電容 C3 背靠背 串聯(lián)組成的雙極性耦合電容的設(shè)計(jì) ， 可以避免室外強(qiáng)光干擾接收脈搏時(shí)的紅外線（它們 構(gòu)成 了 一個(gè)簡(jiǎn)單的光電隔離電路，從而使干擾光線被隔離 ） 。另外，為了徹底濾除高頻干擾 ， 使用 由 IC1a、 電容 C 電阻 R4組 成的截止頻率為 10Hz左右（442 1 CRf ???）的 低 通 濾 波 器 電 路 ， 又 把 輸 入 的 信 號(hào) 放 大 兩百 倍 左 右（ ???????? KMRRA）。 到這里 我們就得到了經(jīng)由前面處理所得到脈沖 正弦波 是有噪聲的，需要對(duì)它整形。先要正弦波 信號(hào) 經(jīng)過(guò) 比較器 IC1b 轉(zhuǎn)換成方波（電壓比較器可 以實(shí)現(xiàn)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為二值信號(hào)的功能，即只有 0 和 1 兩種狀態(tài)的離散信號(hào)）， 而利用 R8可以把比較器的閾值電壓調(diào)定在正弦波的幅值范圍之內(nèi)。然后，信號(hào) 經(jīng)由 電容C5 和電路 R10 構(gòu)成的微分電路（微分運(yùn)算電路輸入方波，且 RC 遠(yuǎn)小于 2T 時(shí)，就輸出尖頂波） 方波進(jìn)行微分處理 就 可以 成為正負(fù)相 間的尖脈沖。 得到的 脈沖輸入到 IC1c（單穩(wěn)多諧振蕩器） 的反相輸入端 來(lái)穩(wěn)定脈沖的輸出，然后 IC1c 的輸出就可以成為后面的實(shí)際需要 。 河南大學(xué)民生 學(xué)院本科畢業(yè)論文 8 單穩(wěn)多諧振蕩器 IC1c 在工作時(shí)，輸入信號(hào)一旦出現(xiàn)，輸出端就會(huì) 輸出 一個(gè)高電平，與此 同時(shí)電容 C6 就會(huì) 通過(guò) 電阻 R11 充電。充電過(guò)程大約需要 20 毫秒 ，之后， 因 為電容 C6 充電電流 的減小使得 IC1c 的同相輸入端 電位 降低，當(dāng)反相輸入端的電位高 于 同 相輸入端的電位時(shí) (此時(shí)尖脈沖已過(guò)去很久 )， IC1c 就將改變存在的 狀態(tài)并再次輸出低電平。這 20 毫秒的 時(shí)間所產(chǎn)生的 脈沖 是 與 人體的 脈搏是 同步的，電路 D3 發(fā)出紅光 的閃爍情況 會(huì)和信號(hào)脈沖相呼應(yīng) 。 那么， 此時(shí)就有了實(shí)際所需的脈沖信號(hào)， 它經(jīng)由電阻 R12 直接被 送到 AT89C2051 單片機(jī) 的 引腳 ， 然后，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的處理 就可以實(shí)現(xiàn)后面的計(jì)數(shù)以及顯示了。 電路中 R1 R15 對(duì) 9V 電壓 分壓并經(jīng) 過(guò) IC1d 緩沖所得到的 電壓就是IC1a、 IC1b、 IC1c 它們工作所需的電源電壓 。這樣的設(shè)置，使得即使電池電壓降低到 6V，電路也能實(shí)現(xiàn)正常工作。 單片機(jī)控制電路 圖 32 單片機(jī)控制電路 此部分介紹單片機(jī)控制電路如 圖 32 所示 .主要由以下幾部分組成： 單片機(jī) （型號(hào) AT89C2051） ； LCD 顯示屏 (SMC1602A)，顯示部分用來(lái)顯示數(shù)據(jù) ；蜂鳴器，發(fā)出提示音；晶振電路，給單片機(jī)提供晶振；以及 復(fù)位電路等幾部分 。 晶振電路 在單片機(jī)系統(tǒng)中， 有通用的晶振電路， 它 是一種 非常 典型 的 電路，分為外部時(shí)鐘方式和內(nèi) 部時(shí)鐘方式兩種 [4]。 此設(shè)計(jì)使用的 晶振頻率是 12MHz， 在晶振兩端接上負(fù)載電容構(gòu)成三點(diǎn)式電容振蕩是為了幫助晶振起振， 即 XTAL XTAL2 兩 河南大學(xué)民生 學(xué)院本科畢業(yè)論文 9 端口外接兩個(gè) 33PF 的諧振電容。當(dāng)晶振 電路 能夠提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)后，單片機(jī)就可以一步一步地從 ROM 中取指令執(zhí)行程序 [4] 復(fù)位電路 復(fù)位電路和晶振 電路一樣 都 是單片機(jī)系統(tǒng)中 非常典型 的外部 電路 [4]。 從功能上 復(fù)位電路的實(shí)現(xiàn) 一般 可以 分為兩種 ：一種是 使用 電源復(fù)位，即外部的復(fù)位電路在系統(tǒng)上電之后直接使單片機(jī)工作，單片機(jī)的 開(kāi) 啟 和暫停都 是通過(guò)電源控制的 [4]。另一種方法 就 是在復(fù)位電路中設(shè)計(jì) 了 按鍵開(kāi)關(guān)，通過(guò) 設(shè)計(jì)的 按鍵開(kāi)關(guān)來(lái)觸發(fā)復(fù)位電平，控制單片機(jī)的復(fù)位 [4]。此設(shè)計(jì)采用的是第二種，當(dāng)按下開(kāi)關(guān)K 且通電時(shí)，電容兩端 便 相當(dāng)于是短路，單片機(jī)上的 RST 引腳上 就會(huì)變成 高電平，然后電源 就會(huì) 通過(guò)電阻給電容充電， RST 端電壓慢慢降下，高電平就會(huì)變成低電平 ，單片機(jī) 就會(huì) 開(kāi)始正常工作 [4]。 工作原理 脈沖信號(hào)被心率采集電路處理后 ，所得結(jié)果與 單片機(jī)的 引腳相連 。 單片機(jī)的 中斷觸發(fā)模式設(shè)定為負(fù)跳變觸發(fā)。當(dāng)脈沖 的 下降沿到達(dá)時(shí)， AT89C2051就會(huì)被觸發(fā) 產(chǎn)生中斷， 相關(guān)程序就會(huì) 對(duì)脈沖 開(kāi)始 計(jì)時(shí)；當(dāng)下一個(gè) 脈沖的下降沿到達(dá)時(shí)，單片機(jī)就對(duì) 前后 相鄰下降沿 之間的時(shí)間間隔計(jì)算，計(jì) 算所得 到 的結(jié)果就是被檢測(cè)駕駛員的 心率。 這個(gè)結(jié)果 由 P1 口送至 液晶顯示芯片的 DB 端口， 數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后 顯示出來(lái)。在