基于單片機(jī)的心率檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-23 18:50 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。Vcc，GND：正電源端與接地端（+5V)XTAL1, XTAL2：片內(nèi)振蕩電路輸入、輸出端 CPU按照一定的時(shí)鐘節(jié)拍與時(shí)序進(jìn)行工作：時(shí)鐘周期： Tc = 晶振頻率fosc的倒數(shù)機(jī)器周期： Tm = 12個(gè)時(shí)鐘周期(Tc)指令周期：Ti：執(zhí)行一條指令所需的機(jī)器周期(Tm)數(shù)例：晶振頻率是12M時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期需要多長時(shí)間？ Tc = 1/fosc = 1/12Mhz Tm = 12XTc = 12X1/12Mhz = 1us 信號(hào)采集依據(jù)朗伯一比爾(Lamber—Beer)定律，物質(zhì)在一定波長處吸收光的強(qiáng)度和它的濃度成正比。當(dāng)波長不變的光線照射到機(jī)體上時(shí)，通過人體組織的吸收、反射、衰減后，測得的光強(qiáng)可以反映組織的結(jié)構(gòu)特征。心率主要由機(jī)體心臟節(jié)奏性波動(dòng)產(chǎn)生的，而動(dòng)脈也會(huì)跟隨著節(jié)奏型的跳動(dòng)。在人體指尖和耳垂的部位動(dòng)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(shè)計(jì)的傳感器應(yīng)用在人體的手指尖部是最理想的位置。應(yīng)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(shí)，可以大大減少因?yàn)楹粑a(chǎn)生的心率漂移。紅外接收管在紅外光線的照射下能產(chǎn)生微弱的電壓，它的特點(diǎn)是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。此課程設(shè)計(jì)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(dāng)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(huì)被紅外接收管感應(yīng)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(shè)計(jì)采用了透射型光電傳感器, 這樣不僅檢測的時(shí)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(dāng)紅外發(fā)射二極管中的電流越大，發(fā)射角度越小時(shí)，產(chǎn)生光線的強(qiáng)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(yīng)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(huì)偏小，紅外接收管就不能區(qū)別出電流信號(hào)是心率引起的還是非心率振動(dòng)引起的。反之，R6選取的過小，通過的電流就會(huì)偏大，原因和R6選取過小相同。當(dāng)手指離開傳感器或檢測到較強(qiáng)的干擾光線時(shí)，輸入端的直流電壓會(huì)出現(xiàn)很大變化，為了防止信號(hào)不致泄露到LM358輸入端而造成錯(cuò)誤指示，用C6耦合電容把它隔斷[10]。： 信號(hào)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(huì)很低。為了防止傳感器受到外部高頻信號(hào)以及光線干擾，設(shè)計(jì)穩(wěn)定可靠地濾波、放大電路成為必然。要考慮到強(qiáng)光對其測量的干擾以及噪聲等不可預(yù)知的干擾以外，低頻信號(hào)需要經(jīng)過多倍放大和整形，處理完的信號(hào)才能傳送給單片機(jī)的處理模塊。運(yùn)算放大器選用的是具有兩級(jí)放大功能的LM358，使用單電源供電。主要參數(shù)和特性如下：LM358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)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(shí)也適用于雙電源工作模式。表 LM358引腳功能說明 [5]引腳序號(hào)英文縮寫集成電路引腳功能電阻參數(shù)（KΩ）直流電壓參數(shù)（V）正筆接地負(fù)筆接地有信號(hào)無信號(hào)①AMPout1放大信號(hào)（1）輸出177②IN1反向信號(hào)（1）輸入19③IN1+同向信號(hào)（1）輸入④GND接地0000⑤IN2反向信號(hào)（2）輸入⑥IN2+同向信號(hào)（2）輸入588⑦AMPout2放大信號(hào)（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(dá)到200次/分鐘，基于這種前提我們可以設(shè)計(jì)出想要的低通濾波電路。可調(diào)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(yùn)放LM328將信號(hào)進(jìn)行兩次放大，放大倍數(shù)由R4和RW1的比值決定。低通放大電路圖。： 低通放大電路根據(jù)一階有源濾波電路的傳遞函數(shù)，可得： （31）放大倍數(shù)為： （32）截止頻率為： （33） 如果按照心率跳動(dòng)頻率為200次/ Hz考慮，低頻特性能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。經(jīng)過低通放大輸出后的信號(hào)為摻雜有噪聲的脈動(dòng)正弦波。 波形整形電路，U3B是一個(gè)電壓比較器，在電壓比較器的負(fù)向電壓輸入端通過R放大后的信號(hào)通過C5電容耦合進(jìn)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(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理，反之輸出低電平，發(fā)光二極管滅。 波形整形電路經(jīng)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(jī)作為CPU，此單片機(jī)不僅價(jià)格便宜，也能足夠滿足設(shè)計(jì)的要求和目的，且運(yùn)算的速度和精度都能達(dá)到要求，并且可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)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(jīng)過整形和濾波后被輸出到單片機(jī)AT89S52的/INT0腳，單片機(jī)設(shè)為低電平跳變中斷觸發(fā)模式，對脈沖進(jìn)行計(jì)算，然后P0口控制液晶顯示。 單片機(jī)處理電路 顯示電路此次設(shè)計(jì)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(shù)字、符號(hào)、字母且不帶字庫的一款價(jià)格低廉的液晶，本設(shè)計(jì)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(shù)參數(shù)：顯示容量：162個(gè)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(shí)序： 讀操作時(shí)序 寫操作時(shí)序 1602LCD的RAM地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫表1602LCD液晶是一個(gè)慢顯示器件，因此在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)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(shù)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(nèi)部顯示地址 電源模塊電路原理圖 78xx系列在設(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)該注意以下事項(xiàng)： 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(zhuǎn)換效率降低，穩(wěn)定性能也會(huì)降低，而且容易損壞穩(wěn)壓芯片。負(fù)載電流不易過大。當(dāng)負(fù)載連劉過大時(shí)，應(yīng)該配備大的散熱裝置，不然會(huì)導(dǎo)致芯片過熱而損壞。圖 電
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