【正文】 診斷的重要依據(jù)。該脈沖信號(hào)作為中斷信號(hào)交由單片機(jī)進(jìn)行脈長(zhǎng)周期的計(jì)算。 本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，由脈搏檢測(cè)傳感器采集脈搏信號(hào)。通過(guò)觀測(cè)脈搏信號(hào)，可以對(duì)人體的健康進(jìn)行檢查，通常被用于保健中心和醫(yī)院。本設(shè)計(jì)利用光電式傳感器 , 設(shè)計(jì)脈搏信號(hào)獲取的方法。通過(guò)對(duì)人體各種生理信號(hào)的檢測(cè)，能更好的認(rèn)識(shí)人體的生命現(xiàn)象。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題 目： 基于單片機(jī)的心率測(cè)試儀的設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 電氣與信息工程 專 業(yè)： 自動(dòng)化 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 完成時(shí)間： 2021年 05 月 28日 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要 I 摘 要 隨著生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)的發(fā)展 , 醫(yī) 學(xué)信號(hào)測(cè)量?jī)x器日新月異。生物醫(yī)學(xué)測(cè)量與臨床醫(yī)學(xué)和保健醫(yī)療的聯(lián)系日益緊密。脈象包含豐富的人體健康狀況信息 , 脈診技術(shù)應(yīng)客觀化、定量化。本設(shè)計(jì)主要是基于單片機(jī)的便攜式脈搏測(cè)試儀的具體實(shí)現(xiàn)方法，利用光電傳感器產(chǎn)生脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大整形后，輸入單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的控制，從而測(cè)量出一分鐘內(nèi)的脈搏跳動(dòng)次數(shù)，快捷方便。本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的便攜 式心率測(cè)試儀對(duì)推進(jìn)脈診技術(shù)客觀化的實(shí)現(xiàn)具有積極的促進(jìn)作用。經(jīng)過(guò)前置放大電路、濾波電路、整形電路后得到與脈搏相關(guān)的脈沖信號(hào)。然后得到每分鐘的脈搏搏動(dòng)次數(shù)（即心率），并在數(shù)碼管上顯示心率， 同時(shí)還設(shè)置了脈搏測(cè)量?jī)x的上下限報(bào)警電路。臨床上使用的心電監(jiān)護(hù)儀雖然功能強(qiáng)大，測(cè)量精度高，但因?yàn)閮r(jià)格高昂，不利于 家庭的普及。 因?yàn)?正常人的心率和脈搏跳動(dòng)的次數(shù)是一樣的， 所以 可以用測(cè) 量 脈搏的方法來(lái)測(cè)心率。 脈搏測(cè)試儀是用來(lái)測(cè)量一個(gè)人脈搏跳動(dòng)次數(shù)的電子儀器，也是心電圖的主要組成部分 ,因此，在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)上具有重要的作用。隨著人們生活環(huán)境和經(jīng)濟(jì)條件的改善，以及文化素質(zhì)的提高，其生活方 式，保健需求以及疾病種類、治療措施等發(fā)生了明顯的變化。其發(fā)病率和死亡率均居各種疾病之首，是人類死亡的主要原因之一。 從脈搏波中提取人體的生理病理信息作為臨床診斷和治療的依據(jù)，歷來(lái)都受到中外醫(yī)學(xué)界的重視。脈搏波所呈現(xiàn)出的形態(tài) (波形 )、強(qiáng)度 (波幅 )、速率 (波速 )和節(jié)律 (周期 )等方面的綜合信息，在很大程度上反映出人體心血管系統(tǒng)中許多生理病理的血流特征 ,因此對(duì)脈搏波采集 和處理具有很高的醫(yī)學(xué)價(jià)值和應(yīng)用前景。采用脈搏檢測(cè)傳感器對(duì)人體的脈搏進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。單片機(jī)將采集到的脈搏數(shù)在數(shù)碼管上實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，同時(shí)還設(shè)置了脈搏測(cè)量?jī)x的上下限報(bào)警電路。 本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的便攜式心率測(cè)試儀，系統(tǒng)性能良好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性價(jià)比高，輸出顯示穩(wěn)定，比較適合大眾化。這使我們?cè)诩抑芯涂梢詼y(cè)試心率從而能檢測(cè)是否患有一些心血管疾病，做到早發(fā)現(xiàn)。而在其中，切，也就是脈診，占有非常重要的地位。脈搏信號(hào)可以直接反應(yīng)出患者心臟的部分狀況，我國(guó)傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)認(rèn)為，通過(guò)脈診可以了解到患者臟腑氣血的盛衰，可以探測(cè)到病因，病位，預(yù)測(cè)療效等。此后隨著機(jī)械及電子技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外在研制中醫(yī)脈象儀方面進(jìn)展很快，尤其是 70 年代中期，國(guó)內(nèi)天津、上海、廣州、江西等地相繼成立了跨學(xué)科的脈象研究協(xié)作組 ， 多學(xué)科共同合作促使中醫(yī)脈象研究工作進(jìn)入了一個(gè)新的境界。而由于脈搏傳感器的不同，現(xiàn)今市場(chǎng)上的脈搏測(cè)試儀 的脈率采集主要有三種方法：采用一對(duì)紅色發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)、采用反射式的紅外管實(shí)現(xiàn)和采用壓電陶瓷芯片實(shí)現(xiàn)。 脈搏測(cè)量?jī)x的發(fā)展主要向以下幾個(gè)趨勢(shì)： 自動(dòng)測(cè)量脈搏并且對(duì)所得到的脈搏進(jìn)行自動(dòng)分析 目前很多脈搏測(cè)量?jī)x都具有檢測(cè)血氧等其他的功能，但是對(duì)這些信號(hào)的分析和診斷還需要一些有經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)生觀察，進(jìn)行分析后才能確認(rèn) 結(jié)果，浪費(fèi)大量的人力，且由人為引入的誤差較大。 數(shù)字化技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用 隨著數(shù)字科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，脈搏測(cè)量?jī)x集成度將更高，更便于攜帶。 多功能化越來(lái)越明顯 目前的脈搏測(cè)量?jī)x，一般都具有測(cè)試血氧，心電圖等等功能，單純的脈搏測(cè)量?jī)x已經(jīng)很少見(jiàn)。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 3 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，由脈搏檢測(cè)傳感器采集脈搏信號(hào)。該脈沖信號(hào)作為中斷信號(hào)交由單片機(jī)進(jìn)行脈長(zhǎng)周期的計(jì)算。 本 設(shè)計(jì) 的工作是圍繞著 脈搏檢測(cè)傳感器檢測(cè)脈搏波而單片機(jī)進(jìn)行控制 進(jìn)行的。簡(jiǎn)要介紹了 心率測(cè)試儀設(shè)計(jì)的目的和意義，并對(duì)基于單機(jī)的便攜式心率測(cè)試儀的 現(xiàn)狀和應(yīng)用 以及未來(lái)的發(fā)轉(zhuǎn)走勢(shì)做了簡(jiǎn)單的闡述， 指出了本設(shè)計(jì) 的 主要技術(shù) 內(nèi)容 ，即心率的測(cè)試。顧名 思義第二章是對(duì)整個(gè)方案的詳細(xì)的對(duì)比與選擇并確定最終方案。 第 三 章是本 設(shè)計(jì) 的核心。 第 四 章 敘述程序的編程方案，給出程序的框架結(jié)構(gòu)圖并 對(duì) 整個(gè)設(shè)計(jì) 進(jìn)行總結(jié)，而且 對(duì)以后的 設(shè)計(jì) 工作進(jìn)行 了 展望。 本設(shè)計(jì) 所設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的便攜式脈搏測(cè)量?jī)x 將 利用脈搏檢測(cè)傳感器采集脈搏信號(hào)，再對(duì)其 進(jìn)行整形、計(jì)數(shù)和顯示，就能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)脈搏次數(shù)的目的 ，再通過(guò)報(bào)警電路可實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。 脈 搏 檢 測(cè) 傳 感 器 低 通 放 大 器 整 形 電 路單 片 機(jī)數(shù) 碼 顯 示 電 路 報(bào) 警 電 路 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 方案的對(duì)比和論證 基于單片機(jī)的便攜式心率測(cè)試儀的設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)前置放大電路、濾波電路、積分和比較電路后得到與脈搏相關(guān)的脈沖信號(hào)。然后得到每分鐘的脈搏搏動(dòng)次數(shù)（即心率），并在數(shù)碼管上顯示，并且在 超出設(shè)定的正常脈搏跳動(dòng)范圍 時(shí) ，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警 。脈搏傳感器是脈搏檢測(cè)系統(tǒng)中重要的組成部分。反向偏壓的光敏二極河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 5 管，它的反向電流具有隨光照強(qiáng)度增加而增加的光電效應(yīng)特性，在一定光強(qiáng)范圍內(nèi)，光敏二極管的反 向電流與光強(qiáng)呈線性關(guān)系。常用檢測(cè)脈搏的光電傳感器 一般是 紅外對(duì)管。 紅外對(duì)管 對(duì)脈搏的 檢測(cè)的基本原理：隨著心臟的搏動(dòng)，人體組織半透明度隨之改變。這種現(xiàn)象在人體組織較 薄的手指尖、耳垂等部位最為明顯。 雖然 外部光源的變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響較大 ，但我們進(jìn)行測(cè)量的地方一般都是在室內(nèi)，有穩(wěn)定的光源，所以在正常的操作過(guò)程中只要稍微注意下光源的問(wèn)題就可以了。這種傳感器采用接扣與敏感區(qū)分離的方法 ， 能明顯的減少由于人體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的干擾。當(dāng)選用電極傳感器時(shí) ， 需要 3 個(gè)電極分別置于左右手和左腿 ， 構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián) 。 目前市場(chǎng)上有一種采用新型高分子壓電材料聚偏氟乙烯研制的壓電傳感器 ，其靈敏度高 ,頻帶范圍好 ， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 便于使用 。 壓電式傳感器有 著 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性好，工作頻帶寬，應(yīng)用電路簡(jiǎn)單 等諸多優(yōu)點(diǎn) ， 并 且價(jià)格低廉。 而肌肉的顫動(dòng)不是人能主動(dòng)控制的，所以說(shuō)這部分的誤差很難控制。 集成傳感器 當(dāng)前 ， 市面上有很多類型的集成心電傳感器 ， 其靈敏度高 ， 集成度高 ， 直接就可以反映出心率的變化 ， 且已包含了濾波等抗干擾電路 ， 波形經(jīng)過(guò)放大可以直接處理使用 。 綜合 考慮種種情況 ， 結(jié)合本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求以及經(jīng)費(fèi)的考慮 ，本設(shè)計(jì) 采用光電式傳感器。 顯示部分的選擇 根據(jù)題目要求， 設(shè)計(jì)出來(lái)的系統(tǒng)是可以設(shè)定報(bào)警的范圍的。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(jī)配接。 LED 顯示器具有耗電省、成本低廉、配置簡(jiǎn)單靈活、安裝方便、耐振動(dòng)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。LED 數(shù)碼管顯示器是由發(fā) 光的二極管顯示字段組成的。七段 LED 數(shù)碼管顯示器有 8河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 7 脈搏傳感器電路 STC89C52單片機(jī)處理電路 數(shù)碼管顯示電路 蜂鳴器報(bào)警電路 震蕩電路 復(fù)位電路 個(gè)發(fā)光二極管，其中從 a~g 管腳輸入顯示代碼，可顯示不同的數(shù)字或字符， Dp 顯示小數(shù)點(diǎn)。共陽(yáng)極的 LED 數(shù)碼管顯示器的公共端為發(fā)光二極管的陽(yáng)極，通常接 +5V 電源，當(dāng)發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。 系統(tǒng)各部分的最終方案 本章主要介紹了常見(jiàn)的用于脈搏檢測(cè)的三種傳感器，并對(duì)這三種感器的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較。最后，給出了最終的設(shè)計(jì)方案和硬件框圖 。 在這里，單片機(jī)要實(shí)現(xiàn)對(duì)脈搏 信號(hào)的處理。 單片機(jī) stc89c52 介紹 STC89C52 是 STC 公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器 。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件 可選擇節(jié)電模式。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 STC89C52 單片機(jī)引腳圖如下圖 所示 。 電源 及時(shí)鐘 引腳 (1)電源引腳 VCC： 5V 電壓 。 (2)外接晶體引腳 XTAL1：接外部晶體振蕩器的一端。 XTAL2：接外部晶體振蕩器的另一端，當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此腳用于外接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容。 AT89S52 晶體振蕩器頻率可在 6MHz?40MHz 之間選擇，常選 6MHz 或 12MHz的石英晶體。當(dāng)外 接晶體振蕩器時(shí)，電容可選 30pF177。10pF。當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)持續(xù) 2 個(gè)以上機(jī)器周期 (個(gè)晶體振蕩周期）高電平即為有效，用于完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。 在 VCC 發(fā)生故障、降低到電平規(guī)定值掉電期間，此引腳可接備用電源 VPD（電源范圍 5V177。 /ALE PROG ：地址鎖存使能。 /ALE PROG 引腳第二功能，對(duì)片內(nèi) Flash 編程，為編程脈沖輸入端。在讀外部程 序存儲(chǔ)器時(shí)有效（低電平），以實(shí)現(xiàn)外部程序存儲(chǔ)器單元的讀操作。 /EAVPP ：（ Enable Address/Voltage Pulse of Programming），訪問(wèn)程序存儲(chǔ)控制信號(hào)。只讀取外部的程序存儲(chǔ)器中的內(nèi)容，讀取的地址范圍為 0000H?FFFFH（ 64KB），片內(nèi) 的 8KB Flash 程序存儲(chǔ)器不起作用。在 PC 值不超出 0FFFH（即不超出片內(nèi) 4KB Flash存儲(chǔ)器的地址范圍）時(shí)，單片機(jī)讀片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（ 4KB）中的程序，但當(dāng) PC 值超出 0FFFH （即超出片內(nèi) 4KB Flash 地址范圍）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向讀取片外 60KB（ 1000HFFFFH）程序存儲(chǔ)器空間中的程序。 I/O 口引腳 P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開(kāi)路型雙向 I/O 口，也即地址／數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。 Pl 口： P1 是 — 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) (吸收或輸出電流 )4 個(gè) TTL 邏輯門電路。作輸入口使用時(shí)，因內(nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電 流 。對(duì)端口寫(xiě) “ 1” ，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。 ② 作為第二功能使用，每一位功能定義如表 。 89 系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。 單片機(jī)復(fù)位電路如圖 C31 0 u FR12kR 1 52 2 0RS T 圖 按鍵復(fù)位電路 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)分析 12 單片機(jī)時(shí)鐘電路 單片機(jī)可以看成是在時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)下的時(shí)序邏輯電路。也就是說(shuō)單片機(jī)運(yùn)行一條指令，必須要用 12 時(shí)鐘周期。 單片 機(jī)可以看成是在時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)下的時(shí)序邏輯電路 ,單片機(jī)在工作過(guò)程中 ,所有工作都是在時(shí)鐘信號(hào)控制下進(jìn)行的 ,每執(zhí)行一條指令 ,CPU 的控制器都要發(fā)出一系列特定的控制信號(hào)。 數(shù)碼管顯示電路如圖 所示 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)分析 13 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2