【正文】 簡單的 手按在腕部的動脈上，根據(jù)脈搏的跳動進行計數(shù)，到用儀器較為精確的測量， 脈搏測量在我們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用已經(jīng)很廣泛了。本課題設(shè)計是基于 51 單片機的脈搏測量儀，以AT89C52 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)，停止運行時， 液晶 能夠顯示總的脈搏次數(shù)和時間。 附錄 2 系統(tǒng) PCB 總圖 ............................... 錯誤 !未定義書簽。 第 1 章 前言 前言 脈搏測量儀是檢測有無脈搏以及計數(shù)有多少次的儀器， 隨著心臟的搏動，人體組織半透明度隨之改變。利用波長 6001000nm 的紅光或紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生的光線照射到人體的手指尖、耳垂等部位，用裝在該部位另一側(cè)的紅外接收二極管接收信號，脈搏測量有指脈和耳脈二種方式。但因耳脈較弱 ，尤其是當季節(jié)變化時，所測信號受環(huán)境溫度影響明顯，造成測量結(jié)果不準確。因此，測量脈搏對病人來講是一個不可缺少的檢查項目。 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)，脈搏波所呈現(xiàn)出的形態(tài) (波形 )、強度 (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 ,因此對脈搏波采集是很有價值的。 選題背景 脈搏攜帶有豐富的人體健康狀況的信息，自公元三世紀我國最早的脈學(xué)專著《脈經(jīng)》問世以來，脈學(xué)理論得到不斷的發(fā)展和提高。脈診是我國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中最具特色的一項診斷方法，其歷史悠久，內(nèi)容豐富，是中醫(yī) “ 整體觀念 ” 、 “ 辨證論證 ” 的基本精神的體現(xiàn)與應(yīng)用。但由于中醫(yī)是靠手指獲取脈搏信息，雖然脈診具有簡便、無創(chuàng)、無痛的特點易為患者接受，然而在長期的醫(yī)療實踐中也暴露出一些缺陷。脈診的這種定性化和主觀性，大大影響了其精度與可行性，成為中醫(yī)脈診應(yīng)用、發(fā)展和交流中的制約因素。 醫(yī)院的護士每天都要給住院的病人把脈記錄病人每分鐘脈搏數(shù)，方法是用手按在病人腕部的動脈上，根據(jù)脈搏的跳動進行計數(shù)。為了提高脈搏測量的精確與速度，多種脈搏測量儀被運用到醫(yī)學(xué)上來，從而開辟了一條全新的醫(yī)學(xué)診斷方法。此后隨著機械及電子技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外在研制中醫(yī)脈象儀方面進展很快，尤其是 70 年代中期，國內(nèi)天津、上海、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)脈象研究工作進入了一個新的境界。 目前脈搏測量儀在 多個領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，除了應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如無創(chuàng)心血管功能檢測、妊高癥檢測、中醫(yī)脈象、脈率檢測等等，商業(yè)應(yīng)用也不斷拓展，如運動、健身器材中的心率測試都用到了技術(shù)先進的脈搏測量儀 脈搏測量儀的發(fā)展 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。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。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。 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。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。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。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。 該系統(tǒng)的核心為半導(dǎo)體壓阻傳感器，目前只搜集到兩種型號 2s5m與 14D471K該半導(dǎo)體具有壓阻效應(yīng)，即在受壓力作用下，其內(nèi)部的半導(dǎo)體電阻率會發(fā)生相應(yīng)的變化，進而輸出一個變化量。且半導(dǎo)體壓阻傳感器具有靈敏度高，高精度，體積小，動態(tài)響應(yīng)快等特點。 方案二、基于壓電陶瓷片的脈搏 信號采集 利用壓電陶瓷進行相關(guān)信號的采集是一直以來比較常用的方法，隨著脈搏的跳動會產(chǎn)生相應(yīng)的信號，將此信號進行相關(guān)濾波放大整形倍頻后接單片機處理。 方案三、 基于壓阻傳感器的脈 搏信號采集 該種傳感器的核心以一種擴散型硅杯組件，其壓力敏感原件與電信號轉(zhuǎn)換原件是一起的：硅杯組件本身就是壓力敏感原件。硅杯組件的阻值發(fā)生變化，進而引起電壓（電流）的變化，進而拾取該信號。即硅杯組件到底是什么組件一直沒有查到，相關(guān)論文寫的也不清楚，所以這是困擾 該脈搏測試傳感器搭建的最根本問題。當無脈時紅外接受管處會產(chǎn)生一暗電流，當有脈時暗電流減少，所以實際上脈搏信號的拾取實際上是通過紅外接收管的有脈無脈時的暗電流的微弱變化來實現(xiàn)的。 脈搏測量儀的設(shè)計，必須是通過采集人體脈搏變化引起的一些生物信號，然后把生物信號轉(zhuǎn)化為物理信號，使得這些變化的物理信號能夠表達人體的脈搏變化，最后要得出每分鐘的脈搏次數(shù)，就需要通過相應(yīng)的硬件電路及芯片來處理物理變化并存儲脈搏次數(shù)。 方案內(nèi)容 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。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。單片機電路對輸入的脈沖信號進行計算處理后把結(jié)果送到液晶顯示。本系統(tǒng)的組成包括光電傳感器、信號處理、單片機電路、液晶顯示、電源等部分。 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、濾波、整形等 )。 4．液晶顯示 即把單片機計算得出的結(jié)果用液晶顯示出來 5. 穩(wěn)壓電源 即向光電傳感器、信號處理、單片機提供的電源，可以是 5V9V 的交流或直流的穩(wěn)壓電源 第 3 章 基本元器件的選擇 STC89C52 單片機（ Microcontroller，又稱微處理器）是在一塊硅片上集成了各種部件的微型機，這些部件包括中央處理器 CPU、數(shù)據(jù)存儲器 RAM、程序存儲器 ROM、定時器 /計數(shù)器和多種 I/O 接口電路，如圖 31所示。它們在指令系統(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)和片內(nèi)資源上與標準 8052 單片機完全兼容， DIP40 封裝系列與 8051 為pintopin 兼容。 STC89 系列的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以劃分為CPU、存儲器、并行口、串行口、定時器 /計數(shù)器、中斷邏輯幾部分。 算術(shù)邏輯單元 ALU 能對數(shù)據(jù)進行加、減、乘、除等算術(shù)運算； “ 與 ” 、 “ 或 ” 、“ 異或 ” 等邏輯運算以及位操作運算。 B 寄存器在乘法指令中用來存放一個乘數(shù)，在除法指令中用來存放除數(shù)，運算后 B中為部分運算結(jié)果。其各位的含義是 ： CY：進位標志。 AC：半進位標志。 F0：用戶可設(shè)定的標志位，可置位 /復(fù)位，也可供測試。 OV：溢出標志。當無符號數(shù)乘法結(jié)果超過 255 時，或當無符號數(shù)除法的除數(shù)為 0 時 OV=1，否則OV=0。每條指令執(zhí)行完，若 A 中 1 的個數(shù)為奇數(shù)時 P=1，否則P=0，即偶校驗方式。 單片機是程序控制式計算機，即它的運行過程是在程序控制下逐條執(zhí)行程序指令的過程：從程序存儲器中取出指令送指令存儲器 IR，然后指令譯碼器 ID進行譯碼，譯碼產(chǎn)生一系列符合定時要求的微操作信號，用以控制單片機的各部分動作。這些控制信息的使用專門的控制線，諸如 PSEN、 ALE、 EA 以及 RST，也有一些是和 P3口的某些端子合用，如 WR 和 RD就是 和 ，他們的具體功能在介紹 STC89C52 引腳是一起敘述。這種結(jié)構(gòu)與通用微機的存儲器結(jié)構(gòu)不同，一般微機只有一個存儲器邏輯空間，可隨意安排 ROM或 RAM，訪存時用同一種指令，這種結(jié)構(gòu)稱為普林斯頓型。 STC89 片內(nèi)有 256K 數(shù)據(jù)存儲器 RAM 和 4KB 的程序存儲器 ROM。也就是最多可以在外部擴展 2*64KB 存儲器。 64K 字節(jié)的程序存儲器（ ROM）空間中，有 4K 字節(jié)地址區(qū)對于片內(nèi) ROM 和片外 ROM 是公用的，這 4K 字節(jié)地址是 0000H~FFFH。 CPU 的控制器專門提供一個控制信號 EA 用來區(qū)分內(nèi)部 ROM 和外部 ROM的公用地址區(qū)：當 EA接高電平時，單片機從片內(nèi) ROM的 4K字節(jié)存儲器區(qū)取指令，而當指令地址超過 0FFFH 后，就自動的轉(zhuǎn)向片外 ROM 取指令。 程序存儲器的某些單元是保留給系統(tǒng)使用的： 0000H~0002H 單元是所有執(zhí)行程序的入口地址，復(fù)位以后， CPU 總是叢 0000H 單元開始執(zhí)行程序。用戶程序不應(yīng)進入上述區(qū)域。 256 個字節(jié)被 分為兩個區(qū)域： 00H7FH 時真正的 RAM 區(qū)，可以讀寫各種數(shù)據(jù)。對于 8051 安排了 21個特殊功能寄存器，每個寄存器為 8 位，所以實際上 128 個字節(jié)并沒有全部利用。 8051內(nèi)部特殊功能寄存器都是可以位尋址的，并可用 “ 寄存器名 .位 ” 來表示，如 ， 等。 光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號（紅外、可見及紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。近年來，新的光電器件不斷涌現(xiàn)，特別是 CCD 圖像傳感器的誕生，為光電傳感器的進一步應(yīng)用開創(chuàng)了新的一頁。 光敏二極管 光敏二極管是最常見的光傳感器。在外電場的作用下，光電載流子參于導(dǎo)電，形成比暗電流大得多的反向電流，該反 向電流稱為光電流。 光敏三極管 光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的功能外，還有對電信號放大的功能。為增大光照，基區(qū)面積做得很大，發(fā)射區(qū)較小，入射光主要被基區(qū)吸收。在無光照時管子流過的電流為暗電流 Iceo=（ 1+β） Icbo（很?。?，比一般三極管的穿透電流還小；當有光照時，激發(fā)大量的電子 空穴 對，使得基極產(chǎn)生的電流 Ib增大，此刻流過管子的電流稱為光電流，集電極電流 Ic=（ 1+β） Ib，可見光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度。因此本設(shè)計將光敏二極管產(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。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) 液晶顯示器 在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。在單片機的人機交流界面中，一般的輸出方式有