基于單片機的心率檢測系統(tǒng)設計畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-23 18:50 本頁面
【文章內容簡介】 RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。Vcc，GND：正電源端與接地端（+5V)XTAL1, XTAL2：片內振蕩電路輸入、輸出端 CPU按照一定的時鐘節(jié)拍與時序進行工作：時鐘周期： Tc = 晶振頻率fosc的倒數機器周期： Tm = 12個時鐘周期(Tc)指令周期：Ti：執(zhí)行一條指令所需的機器周期(Tm)數例：晶振頻率是12M時，一個機器周期需要多長時間？ Tc = 1/fosc = 1/12Mhz Tm = 12XTc = 12X1/12Mhz = 1us 信號采集依據朗伯一比爾(Lamber—Beer)定律，物質在一定波長處吸收光的強度和它的濃度成正比。當波長不變的光線照射到機體上時，通過人體組織的吸收、反射、衰減后，測得的光強可以反映組織的結構特征。心率主要由機體心臟節(jié)奏性波動產生的，而動脈也會跟隨著節(jié)奏型的跳動。在人體指尖和耳垂的部位動脈分布比較密集，光線通過手指后可檢測到的幾率相對其他部位更為明顯，因此本次設計的傳感器應用在人體的手指尖部是最理想的位置。應用在采集部分的傳感器是由紅外接收管和紅外發(fā)射管組成。采用GaAs紅外發(fā)光二極管作為光源時，可以大大減少因為呼吸產生的心率漂移。紅外接收管在紅外光線的照射下能產生微弱的電壓，它的特點是將光信號轉換為電壓信號。此課程設計中，傳感器的發(fā)射管和接收管相向擺放，這樣就能得到最好的的光線接收效果。當光線從發(fā)射管發(fā)出后，手指的血液組織吸收掉一部分的光線外，也有一部分的光線會被紅外接收管感應到。光電心率傳感器可以分為透射式和反射式兩種原理制作而成[8]。綜合上述考慮本設計采用了透射型光電傳感器, 這樣不僅檢測的時候方便快捷，在抗干擾上也很出色。因此。 透射式光電傳感器，D1，Q3分別是紅外發(fā)射二極管和紅外接收管，當紅外發(fā)射二極管中的電流越大，發(fā)射角度越小時，產生光線的強度就越大，所以對R6電阻的阻值選取精度較高。R6選擇330Ω，是基于紅外接收管感應紅外光靈敏度考慮的。R6過大，分得的電流就偏大，通過紅外發(fā)射管的電流就會偏小，紅外接收管就不能區(qū)別出電流信號是心率引起的還是非心率振動引起的。反之，R6選取的過小，通過的電流就會偏大，原因和R6選取過小相同。當手指離開傳感器或檢測到較強的干擾光線時，輸入端的直流電壓會出現(xiàn)很大變化，為了防止信號不致泄露到LM358輸入端而造成錯誤指示，用C6耦合電容把它隔斷[10]。： 信號采集電路 正常情況下人體的心率為50~200次/分鐘，~，所以紅外傳感器采集到的紅外頻率就會很低。為了防止傳感器受到外部高頻信號以及光線干擾，設計穩(wěn)定可靠地濾波、放大電路成為必然。要考慮到強光對其測量的干擾以及噪聲等不可預知的干擾以外，低頻信號需要經過多倍放大和整形，處理完的信號才能傳送給單片機的處理模塊。運算放大器選用的是具有兩級放大功能的LM358，使用單電源供電。主要參數和特性如下：LM358 內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器，該芯片采用單電源供電，這樣就節(jié)省了制作雙電源的麻煩，但同時也適用于雙電源工作模式。表 LM358引腳功能說明 [5]引腳序號英文縮寫集成電路引腳功能電阻參數（KΩ）直流電壓參數（V）正筆接地負筆接地有信號無信號①AMPout1放大信號（1）輸出177②IN1反向信號（1）輸入19③IN1+同向信號（1）輸入④GND接地0000⑤IN2反向信號（2）輸入⑥IN2+同向信號（2）輸入588⑦AMPout2放大信號（2）輸出18⑧Vcc電源電壓+12V1212 放大電路在正常情況下，人體最大心跳頻率可以達到200次/分鐘，基于這種前提我們可以設計出想要的低通濾波電路?？烧{電位器RWC2，C3，C4組成低通濾波器濾除大部分干擾，截止頻率由RC3，C2，C4決定，運放LM328將信號進行兩次放大，放大倍數由R4和RW1的比值決定。低通放大電路圖。： 低通放大電路根據一階有源濾波電路的傳遞函數，可得： （31）放大倍數為： （32）截止頻率為： （33） 如果按照心率跳動頻率為200次/ Hz考慮，低頻特性能夠達到設計的要求。經過低通放大輸出后的信號為摻雜有噪聲的脈動正弦波。 波形整形電路，U3B是一個電壓比較器，在電壓比較器的負向電壓輸入端通過R放大后的信號通過C5電容耦合進入比較器，U3B的第七引腳輸出高電平，發(fā)光二極管L2亮，并且輸入單片機進行運算處理，反之輸出低電平，發(fā)光二極管滅。 波形整形電路經過比較器U2B的輸出波形： 示波器采集波形 ，中央處理器芯片采用了愛特梅爾（ATMEL）公司的AT89S52單片機作為CPU，此單片機不僅價格便宜，也能足夠滿足設計的要求和目的，且運算的速度和精度都能達到要求，并且可以根據實際情況進行編程，所用外圍元件少，功耗低，故障率低。傳感器采集到的脈沖經過整形和濾波后被輸出到單片機AT89S52的/INT0腳，單片機設為低電平跳變中斷觸發(fā)模式，對脈沖進行計算，然后P0口控制液晶顯示。 單片機處理電路 顯示電路此次設計采用了液晶顯示。 顯示電路 1602字符型LCD簡介1602字符型LCD液晶顯示模塊是一種專門顯示數字、符號、字母且不帶字庫的一款價格低廉的液晶，本設計采用16列*2行的字符型LCD1602帶背光的液晶顯示屏。1602LCD主要技術參數：顯示容量：162個字符芯片工作電壓： V工作電流： mA()模塊最佳工作電壓： V字符尺寸：(WH) mm 1602LCD的指令說明及時序： 讀操作時序 寫操作時序 1602LCD的RAM地址映射及標準字庫表1602LCD液晶是一個慢顯示器件，因此在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志位為0電平，表示現(xiàn)在不忙，處于可操作狀態(tài)，否則此指令發(fā)送失敗。若要顯示字符或者數字，首先要做的是給液晶發(fā)送地址指令，讓字符顯示的位置確定。 液晶內部顯示地址 電源模塊電路原理圖 78xx系列在設計電路時應該注意以下事項： 一般穩(wěn)壓5V使用的是7805。由于輸出的是5V，輸入的電壓就不能太大，太 大則轉換效率降低，穩(wěn)定性能也會降低，而且容易損壞穩(wěn)壓芯片。負載電流不易過大。當負載連劉過大時，應該配備大的散熱裝置，不然會導致芯片過熱而損壞。圖 電
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