【正文】 p*6%100/10。 Disp_Buffer[3]=Tmp*6/1000%10。 22 圖 顯示程序流程圖 顯示子程序 ： Tmp=TH1*256+TL1。從中斷程序中取得結(jié)果后，先顯示上次的脈搏次數(shù)，經(jīng)過 10ms 的延時后再顯示測試中的脈搏次數(shù)，再經(jīng)過 10ms 的延時顯示測試中的時間。 } } Tmp=TH1*256+TL1。 while (1) { if(K1==0) { 外部中斷 0 進入 處于檢測？ 脈搏數(shù) +1 返回 等待按鍵按 下 Y 21 Delay(10)。 TH0=(6553650000)/256。 圖 INT 中斷程序流程圖 外部下降沿觸發(fā)子程序 ： IE=0x8A。外部中斷采用邊沿觸發(fā)的方式，當(dāng)處于測量狀態(tài)的時候，來一個脈沖脈搏次數(shù)就加一，由單片機內(nèi)部定時 20 器控制 十秒 鐘， 并通過計算 得出一分鐘內(nèi)的脈搏次數(shù)。 Delay(2)。i++) { P2=DSY_BIT[i]。 } } else { for(i=0。 while (1) { if(K1==0) { Delay(10)。 TH0=(6553650000)/256。 圖 定時器中斷程序流程圖 定時器 0 中斷進入 定時器初始值設(shè)置 到 1S？ 到 10S？ 處于檢測？ 保存脈搏數(shù) 返回 繼續(xù)計時 按鍵檢測 N N Y Y Y 19 定時器中斷子程序 ： IE=0x8A。主要完成一分鐘的定時功能和保存測得的脈搏次數(shù)。當(dāng)定時器中斷開始執(zhí)行后，對 十秒 鐘開始計時， 50ms 計時到之后繼續(xù)檢開始 初始化 外部 中斷 計數(shù) 顯示程序 18 測下 50ms，直到 10s 到了再停止并保存測得的脈搏次數(shù)。 流程如圖 所示。初始化程序主要完成對單片機內(nèi)專用寄存器、定時器工作方式及各端口的工作狀態(tài)的設(shè)定。 脈搏測量儀電路原理圖 16 圖 電路原理圖 17 4 軟件系統(tǒng) 主程序流程： 系統(tǒng)主程序控制單片機系統(tǒng)按預(yù)定的操作方式運行 , 它是單片機系統(tǒng)程序的框架。 P0 口與 74LS245 輸入端相連 ,E 端 接地，保證數(shù)據(jù)線暢通。 當(dāng)片選端 /CE 低電平有效時， DIR=“ 0” ,信號由 B 向 A 傳輸； DIR=“ 1”，信號由 A 向 B 傳輸；當(dāng) CE 為高電平時， A、 B 均為高阻態(tài)。 15 圖 74LS246 結(jié)構(gòu)圖 74LS245 還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。 通過比較，我們可以發(fā)現(xiàn) LED 動 態(tài)顯示更加適合本設(shè)計，所以就采用此方法。通過調(diào)整電流和時間參數(shù)，可以既保證亮度，又保證顯示。對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。隨著顯示器位數(shù)的增加，需要的 I/O 口線也將增加。靜態(tài)顯示主要的優(yōu)點是顯示穩(wěn)定，在發(fā)光二極管導(dǎo)通電流一定的情況下顯示器的亮度大，系統(tǒng)運行過程中，在需要更新顯示內(nèi)容時， CPU 才去執(zhí)行顯示更新子程序，這樣既節(jié)約了 CPU 的時間，又提高了 CPU 的工作效率。在這種顯示方式下，每一個 LED 數(shù)碼管顯示器都需要一個 8 位的輸出口進行控制。 如圖 為共陰極數(shù)碼管結(jié)構(gòu)。 LED 顯示器具有耗電省、成本低廉、配置簡單靈活、 13 安裝方便、耐振動、壽命長等優(yōu)點。顯示器的種類很多，從液晶顯示、發(fā)光二極管顯示到 CRT 顯示器， 都可以與微機配接。 單片機對 十秒鐘 內(nèi)的脈沖 次數(shù) 進行累加 并進行計算得出所測人一分鐘的脈搏次數(shù) ，通過 P0、 P2 口把測量過程和結(jié)果 送到數(shù)碼管顯示出來。 圖 脈搏信號對比 單片機處理電路 12 如圖 ，本部分運用了 ATMEL 公司的 89C51單片機作為核心元件，在這里運用單片機能更快更準(zhǔn)確地對數(shù)據(jù)進行運算，而且可以根據(jù)實際情況進行 編程，所用外圍元件少，輕巧省電，故障率低。 圖 脈搏仿真信號正弦波 放大 整形 電路 11 圖 放大整形電路 圖 為正弦信號通過放大整 形電路之后得到的方型波。 但 該傳感器輸出信 號的頻率很低，如當(dāng)脈搏只有為 50 次 /分鐘時， 只 有 ， 200 次 /分鐘時也只有 ，因此信號首先經(jīng) R2 C10 濾波以濾除高頻干擾 ，再由耦合電容 C C9 加到線性放大輸入端。二是有脈期。 當(dāng)手指處于測量位置時，會出現(xiàn)二種情 況：一是無脈期。反 之， R21 過小，通過的電流偏大， 紅外接收 三極管 也不能準(zhǔn)確 地辨別有脈搏和無脈搏時的信號。 R21 選擇 270Ω 同時也是基于 紅外接收 三 極管感應(yīng)紅外光靈敏度 考慮的 。 故只要把此電信號轉(zhuǎn)換成脈沖并進行整形、計數(shù)和顯示，即可實時的測出脈搏的次數(shù)。因此本設(shè)計將紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生的紅外線照射到人體的 手指 部位， 經(jīng)過手指組織的反 射和衰減由 裝在該部位旁邊的 光敏三 管來 接收其透 射光 并把它轉(zhuǎn)換成電信號 。 結(jié)構(gòu)如圖 所示。 其中透射式的發(fā)射光源與光敏 接收器件的距離相等并且對稱布置，接收的是透射光，這種方法可較好地反映出心律的時間關(guān)系。 從光源發(fā)出的光除被手指組織吸收以外，一部分由血液漫反射返回， 其余部分透射出來。 紅外接收三極管在紅外光的照射下能產(chǎn)生電 能，它的特性是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。 光電 傳感器的結(jié)構(gòu) 傳感器由紅外發(fā)光二級管和紅外接收三極管組成。 手指組織可以分成皮膚、肌肉、骨骼等非血液組織和血液組織，其中非血液組織的光吸收量是恒定 的，而在血液中，靜脈血的搏動相對于動脈血是十分微弱的，可以忽略。當(dāng)恒定波長的光照射到人體組織上時，通過人體組織吸收、反射衰減后 ， 測量到的光強將在一定程度上反映了被照射部位組織的結(jié)構(gòu)特征。用光電法提取指尖脈 搏光信息受到了從事生物醫(yī)學(xué)儀器工作的專家和學(xué)者的重視。 脈搏信號采集 目前脈搏波檢測系統(tǒng)有以下幾種檢測方法：光電容積脈搏波法、液體耦合腔脈搏傳感器、壓阻式脈搏傳感器以及應(yīng)變式脈搏傳感器。 XTALI： 振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 EA／ VPP： EA ＝ 0，單片機只訪問外部程序存儲器。 PSEN：程序存儲允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C51 由外部程 序存儲器取指令 (或數(shù)據(jù) )時．每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。 ALE/PROG： 當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE(地址鎖存允許 )輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。 7 表 P3 口的第二功能 RST：復(fù)位輸入。 P3 口 ： ① 可以作為輸入 /輸出口， 外接輸入 /輸出設(shè)備。 P2 口： P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I／ O 口， P2 的輸 出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流 )4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫 “ 1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫 “ 1” 可作為高阻抗轉(zhuǎn)入端用。如圖 所示 。 AT89C51 簡介 AT89C5l 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓、高性能的 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器 (PEROM)和 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器 (CPU)和 Flash 存儲單元，功能強大 AT89CSl 單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 （ 6） 測量的 有效范圍為 50 次 300 次 /分鐘。 （ 4） 穩(wěn)定性好、磨損小、壽命長、維修方便。 （ 2） 傳感器可重復(fù)使用且速度快 ，精度高。單片機電路對輸入的脈沖信號進行 計算處理后把結(jié)果送到數(shù)碼管顯示。由于手指放在光的傳遞路徑中，血管中血液飽和程度的變化將引起光的強度發(fā)生變 化，因此和心跳的節(jié)拍相對應(yīng)，紅外接收三極管的電流也跟著改變，這就導(dǎo)致紅外接收三極管輸出脈沖信號。 工作原理 本設(shè)計采用單片機 AT89C51 為控制核心，實現(xiàn)脈搏測量儀的基本測量功能。 （ 4） 數(shù)碼顯示 即把單片機計 算得出的結(jié)果用 8 位 LED 數(shù)碼管靜態(tài)掃 描來顯示，便于直接準(zhǔn)確無誤的讀出數(shù)據(jù)。 （ 2） 信號處理 即處理 光電 傳感器 采集到的低頻 信號的 模擬電 路 (包括 放大 、整形 等 )。本系統(tǒng) 的組成包括 光電傳感器 、 信號處理 、 單片機電路 、數(shù)碼 顯示 、電源等部分。在硬件設(shè)計中一般的物理信號就是電壓變化， 有了這個系統(tǒng) 的 設(shè)計思路，本 課題 就此開始實施。但人體的生物信號多屬于強噪聲背景下的低頻的弱信號 , 脈搏波信號更是低頻微弱的非電生理信號 ,因此 必需經(jīng)過放大和后級濾波以滿足采集的要求。從脈搏波中提取人體的心理病理信息作為臨床診斷和治療的依據(jù)， 歷來都受到中外醫(yī)學(xué)界的重視。通過光電式脈搏傳感器所研制的脈搏測量儀已經(jīng)應(yīng)用到臨床醫(yī)學(xué)等各個方面并收到了理想效果。 其中光電式脈搏傳感器是根據(jù)光電容積法制成的脈搏傳感器，通過對手指末端透光度的監(jiān)測，間接檢測出脈搏信號。 過去在醫(yī)院臨床監(jiān)護和日常中老年保 健中出現(xiàn)的日常監(jiān)護儀器，如便攜式電子血壓計，可以完成脈搏的測量 ,但 是這種便攜式電子血壓計利用微型氣泵加壓橡膠氣囊，每次測量都需要一個加壓和減壓的過程，存在體積龐大、加減壓過程會有不適、脈搏檢測的精確度低等缺 點。指脈測量比較方便、簡單，但因為手指上的汗腺較多，指夾常年使用，污染可能會使測量靈敏度下降：耳脈測量比較干凈，傳感器使用環(huán)境污染少，容易維護。 脈搏測量儀的發(fā)展與應(yīng)用 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，脈搏測 量 技術(shù)也越來越先進，對脈搏的測 量 精度也越來越高，國內(nèi)外先后研制了不同類型的脈搏測量儀，而其中關(guān)鍵是對脈搏傳感器的研究。脈象探頭式樣很多，有單部、三部、單點、多點、剛性接觸式、軟性接觸式、氣壓式、硅杯式、液態(tài)汞、液態(tài)水、子母 式等組成 ,脈象探頭的主要原件有應(yīng)變片、 壓電晶體、單晶硅、光敏元件、 PVDF 壓電薄膜等，其中以單部單點應(yīng)變片式為最廣泛，不過近年來正在向三部多點式方向設(shè)計。 早在 1860 年 Vierordt 創(chuàng)建了第一臺杠桿式脈搏描記儀，國內(nèi) 20 世紀(jì) 50 年代初朱顏將脈搏儀引用到中醫(yī)脈診的客觀化研究方面。為了節(jié)省時間，一般不會作 1 分鐘的測量，通常是測量 10 秒鐘時間內(nèi)心跳的數(shù)，再把結(jié)果乘以 6 即得到每分鐘的心跳數(shù)，即使這樣做還是比較費時，而且精度也不高。為了將傳統(tǒng)的中醫(yī)藥學(xué)發(fā)揚光大，促進脈診的應(yīng)用和發(fā)展，必須與現(xiàn)代科技相結(jié)合，實現(xiàn)更科學(xué)、客觀的診斷。首先，切脈單憑醫(yī)生手指感覺辨別脈象的特征，受到感覺、經(jīng)驗和表述的限制，并且難免存在許多主觀臆斷因素，影響了對脈象判斷的規(guī)范化；其次，這種用手指切脈的技巧很難掌握；再則，感知的脈象無法記錄和保存影響了對脈象機理的研究。脈診作為 “ 綠色無創(chuàng) ” 診斷的手段和方法，得到了中外人士的關(guān)注。在中醫(yī)四診（望、聞、問、切）中，脈診占有非常重要的位置。 AT89C51 singlechip microputer。經(jīng)測試，系統(tǒng)工作正常，達到設(shè)計要求。 系統(tǒng)以 AT89C51單片機為核心 ，以紅外發(fā)光二極管和光敏三極管為 傳感器 ，并利用單片機系統(tǒng)內(nèi)部定時器來計算時間， 由光敏三極管感應(yīng)產(chǎn)生脈沖，單片機通過對脈沖累加得到脈搏跳動次數(shù)，時間由定時器定時而得 。 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 課 題 名 稱 基于單片機的智能脈搏測試儀設(shè)計 學(xué) 生 姓 名 王 斐 然 學(xué) 號 0841229182 系、年級專業(yè) 電氣工程系 08 級電氣工程及其自動化 指 導(dǎo) 教 師 楊 波 職 稱 副 教 授 2021 年 5 月 10 日 I 摘 要 脈搏測量儀在我們的日常生活中已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用。 為了提高脈搏測量 儀的 簡便性和 精確 度 ， 本課題設(shè)計 了一種 基于 51單片機 的脈搏測 量儀 。 系統(tǒng)運行中能顯示 脈搏次數(shù)和時間，系統(tǒng)停止運行時，能夠顯示總的 脈搏 次 數(shù)和時間 。 關(guān)鍵詞 ： 脈搏計數(shù) ； 51 單片機； 光電傳感器 II Abstract