【正文】 號放大。12 MHZ與高精度晶體振蕩器為了獲得更穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率，減少測量誤差。心率計(jì)硬件設(shè)計(jì)，包括微控制器系統(tǒng)和顯示電路、信號采集和信號放大和濾波電路三部分組成。本文是基于單片機(jī)的心率計(jì)的設(shè)計(jì)，有一些市場研究和設(shè)計(jì)基于FPGA設(shè)計(jì)的心率，無論是原則和過程基本上是相同的。但在現(xiàn)實(shí)生活中，這種儀器可以直接測量心率在很多小醫(yī)院不是很常見，醫(yī)生仍然使用舊的手動(dòng)式聽診器，極大地影響了效率和治療時(shí)間?？偨Y(jié)和展望心率是指每分鐘的心跳，它可以反映了心臟的工作狀態(tài)。根據(jù)測試，當(dāng)人們呼吸將狹窄的劇烈運(yùn)動(dòng)之后，當(dāng)他的心率值將會不穩(wěn)定。為了解決這個(gè)問題，設(shè)計(jì)、紅外對管(足以放下食指)一定距離后固定死，所以在測量的時(shí)候只要參與者盡量保持手指不要移動(dòng)，可以極大地減少手指震動(dòng)測試的影響。外界光照強(qiáng)度的變化會對實(shí)驗(yàn)較大。示波器顯示的方波以及對應(yīng)的心率計(jì)顯示如下圖52所示。表52實(shí)際測量結(jié)果比較測量序號聽診器測量心率計(jì)值誤差188891189881190922272731367652494951在實(shí)際測量時(shí)人工測量的數(shù)值與心率儀測量的數(shù)值會有誤差，在測同一人時(shí)其誤差只要在允許范圍內(nèi)，有時(shí)也超過測量精度，這是因?yàn)槿斯y量時(shí)的計(jì)數(shù)起始時(shí)間與結(jié)束時(shí)間掌握不準(zhǔn)所至。表51 信號發(fā)生器測量結(jié)果測量序號信號發(fā)生器示值及示波器心率儀示值14040（低限報(bào)警）2808031501504120120（高限報(bào)警）由以上測量結(jié)果看，用信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號用心率儀測量時(shí)其測量誤差為0，且在報(bào)警的上下限可報(bào)警。圖 51 實(shí)物圖 測試數(shù)據(jù)與結(jié)果分析 (1)用儀器測量：用信號發(fā)生器作信號源，產(chǎn)生一個(gè)40~200次/分的方波，觀察心率儀讀數(shù)與信號發(fā)生器輸出的頻率是否相等。每焊完一個(gè)元器件或者一條線路都要用萬用表檢查焊接是否成功，最終按照附錄一所示仿真圖焊接實(shí)物。由于本次設(shè)計(jì)采用單片機(jī)開發(fā)板來焊接，因此最小系統(tǒng)部分只用焊接元件不用另外布線，減輕了焊接部分的工作量，同時(shí)是電路板更美觀。太長，電路板將被燒焦，或造成焊點(diǎn)脫落。只有通過大量的、焊接練習(xí)認(rèn)真，避免兩種情況。假焊住像焊接表面上，但實(shí)際上沒有焊接，有時(shí)用手畫、鉛焊點(diǎn)可以退出。不應(yīng)該空焊、假焊。應(yīng)該是錫光，光滑無毛刺，適量的錫。，確認(rèn)不松，然后一邊剪鉗削減過剩導(dǎo)致可用。左手保持組件。，烙鐵和水位約45度角，這樣的熔融錫烙鐵頭覆蓋焊點(diǎn)，將呆在焊點(diǎn)焊頭2 ~ 3秒。，左手用鑷子夾緊組件或電線，焊前預(yù)熱，焊鐵是足夠了。如果更多的電線電纜，照明應(yīng)擰在一起，然后鍍錫。能使鉛鍍一層很薄的錫均勻。可用紗紙轉(zhuǎn)印電路板銅箔拋光后，均勻地涂上一層松香。(1)焊前處理在焊接之前，組件別針或電路板焊接焊前加工的位置。在完成實(shí)驗(yàn)階段測試后，這時(shí)電路的元器件及各種電阻電容的值就已經(jīng)確定。2次/分時(shí)可再細(xì)調(diào)TL0的值，如不能滿足要求可用軟件與TL0的值同時(shí)調(diào)節(jié)，直到滿足要求為止[14]。在T0定時(shí)中斷服務(wù)程序中首先對外部的某一端口的狀態(tài)不斷取反，用示波器測端口的周期，如有誤差可在程序中改變TL0的值，直到時(shí)間滿足要求為止。定時(shí)器T0的中斷流程圖如圖43所示，定時(shí)器T1的中斷服務(wù)流程圖如圖44所示。系統(tǒng)使用定時(shí)器T1時(shí)間實(shí)現(xiàn)100 ms,大多數(shù)時(shí)候,等待占用程序執(zhí)行是一個(gè)無限循環(huán)語句,只中斷條件滿足時(shí),執(zhí)行中斷服務(wù)子程序,積累計(jì)數(shù)的結(jié)果,積累后,判斷抽樣的數(shù)量,如果抽樣在60倍,低于6年代,回到繼續(xù)樣品,等待中斷,直到60倍抽樣,抽樣的數(shù)量后得到的6 s二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù),發(fā)送到液晶顯示器。然后顯示所有零,目的是區(qū)分是否有信號,當(dāng)沒有信號發(fā)送到顯示所有零,顯示了心率計(jì)沒有正常工作,另一方面,正常工作。程序流程圖如圖4 1所示。在該單片機(jī)系統(tǒng)中，K = 1~~9（用戶可通過按鍵自行設(shè)置）。 圖 36鍵盤電路4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 設(shè)K個(gè)連續(xù)的動(dòng)脈搏動(dòng)所用時(shí)間為t（秒），在時(shí)間 t 內(nèi)心率的平均值為n（次/分），則： n = 60K/t (41)為了能夠控制用單片機(jī)計(jì)算機(jī)測定t值，我們利用脈動(dòng)信號控制（在K個(gè)連續(xù)的脈搏周期內(nèi)）單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0定時(shí)（定時(shí)1ms中斷一次），工作寄存器對中斷次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后讀取計(jì)數(shù)值。有程序控制掃描。圖34 電壓比較器電路圖 LCD1602顯示電路LCD1602與單片機(jī)接口電路如下：圖35 LCD1602與單片機(jī)接口 鍵盤電路 因?yàn)镮/O口足夠用，鍵盤設(shè)計(jì)采用線性鍵盤。我們主要介紹其基本概念、工作原理及典型工作電路，電壓比較器是對兩個(gè)模擬電壓比較其大小并判斷出其中哪一個(gè)電壓高，接到的信號電壓小于該值時(shí)顯示0V，當(dāng)大于該值時(shí)顯示5V，這就形成了0和5V的方波。圖 33 信號放大電路 電壓比較器是一種常用的集成電路。 圖中C7為耦合電容，作用為隔直流通交流，之所以使用1uF的電容，是為了讓所有的信號通過。當(dāng)傳感器檢測到較強(qiáng)的干擾噪音時(shí)，其輸出端的直流電壓信號會有很大變化。5MM紅外對管D1與D3組成紅外傳感器。正弦信號經(jīng)微分形成尖脈沖信號，單穩(wěn)態(tài)振蕩電路將尖脈沖信號轉(zhuǎn)化為同頻率的長脈沖信號，該脈沖信號通過R12送到單片機(jī)后，經(jīng)過軟件對信號的處理，最后在以數(shù)值形式顯示在液晶上。該低頻信號首先經(jīng)RC振蕩器濾波以消除高頻干擾，經(jīng)無極性隔直流電容CC5加到線性放大器的輸入端。因此形成的脈沖頻率成正比低頻信號,它類似于正弦波。3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖心率測量儀總體設(shè)計(jì)的電路圖如圖3 1所示,主要包括信號采集電路、放大電路、比較電路、信號處理電路和單片機(jī)液晶顯示電路。第15~16腳:空腳或光功率。第6腳:E(EN)或結(jié)束啟用(激活),高級別(1)讀取信息,當(dāng)負(fù)面的跳時(shí)執(zhí)行指令。第4腳:RS注冊選擇,而高一級的數(shù)據(jù)寄存器,低級別0選擇指令寄存器。圖25 LM358的引腳結(jié)構(gòu) LCD1602顯示模塊1602 LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。 一177。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有使用運(yùn)算放大器的可用單電源供電的場合。當(dāng)光飽和立即反向漏電流增加，形成光電流，在一定的范圍內(nèi)增加入射光強(qiáng)度的變化。沒有光，反向漏電流小，飽和(暗電流)。如:紅外遙控控制器、光電開關(guān)、光電設(shè)備，如數(shù)字的讀法。 圖24 AT89S52的引腳結(jié)構(gòu)紅外發(fā)射管在包裝行業(yè)，主要有三個(gè)常用的樂隊(duì)850納米以下，875 nm、940 nm。因此紅外傳感器的發(fā)展前景是不可估量的。紅外輻射技術(shù)的重要工具是紅外傳感器、紅外傳感器在現(xiàn)代生產(chǎn)實(shí)踐起到了很大的作用。在科技、國防和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在科學(xué)研究、軍事工程和醫(yī)學(xué)中發(fā)揮著極其重要的作用。以AT89S52銷結(jié)構(gòu)如圖2 4所示?？臻e模式下,CPU停止工作,允許內(nèi)存,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,一個(gè)串行端口,繼續(xù)工作。法具有以下功能:標(biāo)準(zhǔn)8 k字節(jié)Flash,256字節(jié)的內(nèi)存,32個(gè)I / O端口線,看門狗定時(shí)器,兩個(gè)數(shù)據(jù)指針,三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,一個(gè)6級向量2中斷結(jié)構(gòu)、全雙工串口,芯片晶體及時(shí)鐘電路。芯片上的Flash允許應(yīng)用程序在系統(tǒng)可編程的內(nèi)存,也適合傳統(tǒng)的程序員。片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器 (2)功能特性描述：AT89C51是一種低功耗,高性能CMOS8單片機(jī),在系統(tǒng)可編程閃存8 k。6個(gè)中斷源32條可編程I/O線三級程序存儲器保密8KB可改編程序Flash存儲器（可經(jīng)受1000次的寫入/擦除周期） 所以就選擇液晶來實(shí)現(xiàn)顯示功能。事實(shí)上盡管數(shù)碼管不同時(shí)點(diǎn)燃，但只要掃描速度很快，給人的印象是穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有感覺閃爍，動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示的效果是相同的，可以節(jié)省大量的I / O端口，以及更低的能耗[12]。反過來通過分時(shí)控制的所有COM端口數(shù)碼管，數(shù)碼管使得每個(gè)控制，根據(jù)這個(gè)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的驅(qū)動(dòng)器。大部分的熱水器用數(shù)碼管，其他電器液晶顯示屏和屏幕。(2)LED動(dòng)態(tài)顯示數(shù)碼管是一種顯示通過不同銷輸入相對于其電流，將使其發(fā)光，從而顯示數(shù)字可以顯示時(shí)間、日期、溫度等所有可用的數(shù)據(jù)顯示，參數(shù)。液晶顯示裝置的作用下會發(fā)生電解直流電壓，所以必須使用ac驅(qū)動(dòng)器，和有限的直流分量的交流組件不超過幾十個(gè)mv；由于電場下液晶光學(xué)性能的變化取決于液晶作為彈性連續(xù)介質(zhì)的彈性形變，響應(yīng)時(shí)間很長，所以交流驅(qū)動(dòng)電壓的影響并不取決于峰值，在低于1000赫茲頻率的情況下，液晶透光率的變化只與外部電壓有效值。 比較以上方案，綜合考慮單片機(jī)的各部分資源，因此此次設(shè)計(jì)選用AT89S52。采用AT89S52單片機(jī)，其內(nèi)部有8KB單元的程序存儲器。程序長度只要不大于4K，四個(gè)I/O口全部提供給用戶。AT89C2051與MCS51系列的單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，而且能使系統(tǒng)具有許多新的功能，功能強(qiáng)、靈活性高而且價(jià)格低廉。硬件框圖如圖23所示。以單片機(jī)為主外設(shè)顯示器、鍵盤、通訊、打印接口等硬件電路，完成脈波計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)運(yùn)算、顯示、通訊、記憶等功能。在數(shù)據(jù)分析、處理、記憶、通訊等方面表現(xiàn)相當(dāng)出色。許多在數(shù)字電路、模擬電路中的難題都在單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)中得到了出乎意料的解決效果，通過對程序和外部少許電路的修改即可以改變整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能。在科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理及信息管理、CAD、CAM、CAA、CAI、過程控制和儀表智能化、軍事領(lǐng)域、多媒體系統(tǒng)和信息高速公路甚至家用電器和家庭自動(dòng)化等方面都可以看到單片機(jī)的影子，可謂立下了汗馬功勞。在科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理及信息管理、CAD、CAM、CAA、CAI、過程控制和儀表智能化、軍事領(lǐng)域、多媒體系統(tǒng)和信息高速公路甚至家用電器和家庭自動(dòng)化等方面都可以看到單片機(jī)的影子，可謂立下了汗馬功勞[11]。顯然電路復(fù)雜，一旦涉及到數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)記憶、數(shù)據(jù)通信等功能要求時(shí)，其實(shí)現(xiàn)難度可想而知。(2) PLD：可編程邏輯器件(PLD)突破了小規(guī)模數(shù)字電路功能單一的缺點(diǎn)，可以按照設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)分析出來的邏輯要求去編程定義，應(yīng)用起來確實(shí)方便，設(shè)計(jì)也比較靈活。這種方案是采用一個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將處理后的脈波信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，在1分鐘內(nèi)將計(jì)數(shù)值顯示。綜上所述，從傳感器的制作工藝、材料的選取、受外界的干擾信號的干擾程度和制作過程中前級電路的處理難易程度上考慮，就選用一對紅外對射二極管實(shí)現(xiàn)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是外界干擾信號小，但其最大的難點(diǎn)是傳感器輸出信號小，對后面的放大電路要求較高。此種方法有兩種方式：一種是對射式，另一種是反射式。3）介電損耗小[9]。通常用的光電器件有光電二極管和光電三極管。