【正文】 II 摘　要現(xiàn)代醫(yī)學(xué)認為心血管疾病己經(jīng)成為危害人類健康的第一殺手因此尋找更加安全，有效和無創(chuàng)傷的心血管診療方法是當(dāng)前醫(yī)學(xué)界人士迫切的需求。從單片機發(fā)出的測量信號經(jīng)光源驅(qū)動電路進行功率放大后，送到指套式光電傳感器的紅光和紅外發(fā)射二極管上，使它們發(fā)射光脈沖。通過對信號放大，消抖，用 555 接成施密特觸發(fā)器，整形成方波接入單片機T1 口，通過 TR0 定時，TR1 計數(shù)對數(shù)據(jù)處理，把脈搏數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)碼管輸出。文章給出了系統(tǒng)的功能特點、設(shè)計原理、硬件電路及軟件設(shè)計等。該儀器成本低,可靠性高,操作方便。s function, design principle hardware electric circuit and software design etc. It adopts the method of ANGA (Avoiding Noise and Gliding Average) to filter the orderly signal。infrared ray。數(shù)字式脈搏測量系統(tǒng)的特點是以微處理器為核心，利用微處理器的控制、運算功能、具有智能化的特點。脈搏是人體活動最重要、最靈敏和最可靠的信源。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化、智能化、簡單化成為必然趨勢?，F(xiàn)在取脈搏得方式一般都是用壓力傳感器，依靠脈搏的搏動帶來壓力變換來檢測，來實現(xiàn)測脈搏。目前市場上所推出的家庭醫(yī)療電子產(chǎn)品大多以測量血壓為主,智能脈搏測試儀器尚不多見。3次4 　　③測量時間：≤30S　?、軠囟纫螅撼叵抡９ぷ鳌　。?）實現(xiàn)方案光電測量利用動脈血的氧飽和度的不同帶來透光性的差異來測量脈搏。通過檢測血濃容量波動引起的光吸收量的變化．并消除非血液組織的影響測得脈搏信號。人體生理物理學(xué)理論研究表明：氧合血紅蛋白〔HbO2〕和還原血紅蛋白（HB）對光普的吸收特性截然不同。由于氧合血紅蛋白Hb02和還原氧合蛋白Hb對600nm以下波長光的吸光系數(shù)過大，不適宜權(quán)飽和度檢測．從圖11看到該光波波長應(yīng)該在805nm左右，要做到理論上絕對相等是很難實現(xiàn)的。光波長選在650nm，光對氧合血紅蛋白HbO2和還原血紅蛋白Hb吸收不數(shù)之差最大。 ［1］反射式血氧飽和度檢測系統(tǒng)是將反射式的傳感器貼在人體表面，入射光經(jīng)過人體組織后，由于組織對光的吸收和散射作用，從與入射光位于同一表面的接收部分收集經(jīng)過了血管床中的血流調(diào)制的反射光信號，經(jīng)過信號的放大、分離、有源濾波后，削抖。5 人體耳廓、指尖、腳趾、額頭等處毛細血管豐富，組織比較薄，光容易透過組織吸光影響比較小，通常選擇這些地方作為測量部位。投射式探頭選用彈性較好的軟橡膠作長夾子形狀，光源和光敏元件鑲嵌在其中，它能夠較穩(wěn)定地夾在耳廓、腳趾或者指尖部位，并能保持測量部位血液地正常流動反射式深頭輕貼在血液較豐富地皮膚表面，如額頭等。系統(tǒng)總圖如下：圖 2１　脈搏自動測量系統(tǒng)總圖　脈搏信號的數(shù)據(jù)采集脈搏信號的采集主要通過紅外傳感器來實現(xiàn)，紅外線傳感器主要部分是光源控制和驅(qū)動電路。它主要是產(chǎn)生序列脈沖,驅(qū)動傳感器上的兩個波長分別為660nm和905nm的發(fā)光二極管（LED）。 ［2］分離電路中作為模擬開關(guān)的控制信號以完成電路對紅光和紅外光信號的分離。這樣我們就可以按時序形成紅光、紅外光、不發(fā)光三個工作狀態(tài)，以便消除背景光的干擾，減少誤差，提高測量的準(zhǔn)確性。圖 23　信號時序8 　脈搏信號的處理脈搏信號的處理包括信號的放大、低通濾波、高通濾波、方波整形等部分。由于該信號比較微弱，我們先用一個預(yù)放大電路將信號放大。 ［3］為了消除外界環(huán)境光的干擾影響，采用了同步檢波的正／負極性切換電路將暗光信號從有用信號中減去，它由一個運放和模擬開關(guān)4066組成。當(dāng)A＝1時開關(guān)導(dǎo)通，運放此時作為反向放大器工作，增益為1，輸入和輸出信號反向。經(jīng)過同步檢波的正／負極性切換電路后，運用傳感器控制部分產(chǎn)生的信號D和E控制模擬開關(guān)4066閉合和斷開，使信號分成紅光和紅外光兩路，然后我們分別對這兩路信號進行低通濾波和高通濾波。為了得到更好的濾波效果，采用了一個截止頻率為40HZ的二階低通濾波器，如圖26所示。如圖27所示。圖 27　高通濾波10 方波整形圖 28　施密特觸發(fā)器只要將555定時器的2號腳和6號腳接在一起，就可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器。這個施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性是反相的。5號腳接控制電壓Vco時，正向閾值電壓和負向閾值電壓分別為Vco和1/2Vco。圖 29　波形圖11 　89C51 單片機紅外線脈搏測量系統(tǒng)89C51 單片機承擔(dān)系統(tǒng)各項功能管理和數(shù)據(jù)處理的任務(wù)。本系統(tǒng)采用的單片機是美國 ATmel 公司的AT89C51 芯片，主要負責(zé)在定時計算。（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 ［5］ 　管腳說明VCC：供電電壓。P0 口：P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。　　P1 口：P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。在 FLASH 編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2 口輸出地址的高八位。P212 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。當(dāng) P3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。　振蕩器特性XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫 “1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。在閑置模式下，CPU 停止工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。數(shù)據(jù)從 P2 口輸出后經(jīng)過 74HC244 緩沖器對信號的放大，驅(qū)動數(shù)碼管顯示。本電路采用的是動態(tài)顯示。其接口電路是把所有顯示器的 8 個筆劃段 ah 同名端連在一起，而每一個顯示器的公共極 COM 是各自獨立地受 I/O 線控制。而所謂動態(tài)掃描就是指我們采用分時的方法，輪流控制各個顯示器的 COM 端，使各個顯示器輪流點亮。信號從 輸出，只有一位數(shù)據(jù)輸出端。由 P1 口決定哪一個數(shù)碼管點亮。 8051 單片機的通訊方式有兩種：并行通訊:數(shù)據(jù)的各位同時發(fā)送或接收。圖 212　并行通訊與串行通訊異步通訊：它用一個起始位表示字符的開始，用停止位表示字符的結(jié)束。用這種格式表示字符，則字符可以一個接一個地傳送。例如，數(shù)據(jù)傳送的速率是 120 字符/s，而每個字符如上述規(guī)定包含 10 數(shù)位，則傳送波特率為 1200 波特。由于數(shù)據(jù)塊傳遞開始要用同步字符來指示，同時要求由時鐘來實現(xiàn)發(fā)送端與接收端之間的同步，故硬件較復(fù)雜。字符格式的規(guī)定是雙方能夠在對同一種 0 和 1 的串理解成同一種意義。 ［9］通訊方向：在串行通訊中，把通訊接口只能發(fā)送或接收的單向傳送方法叫單工傳送；而把數(shù)據(jù)在甲乙兩機之間的雙向傳遞，稱之為雙工傳送。半雙工傳送是兩機之間不能同時進行發(fā)送15 和接收，任一時，只能發(fā)或者只能收信息。它可用作異步通訊方式（UART），與串行傳送信息的外部設(shè)備相連接，或用于通過標(biāo)準(zhǔn)異步通訊協(xié)議進行全雙工的 8051 多機系統(tǒng)也可以通過同步方式，使用 TTL 或 CMOS 移位寄存器來擴充 I/O 口。SBUF 是串行口緩沖寄存器，包括發(fā)送寄存器和接收寄存器?！”菊滦〗Y(jié)本設(shè)計實現(xiàn)了一種基于單片機的脈搏測量系統(tǒng)，在硬件結(jié)構(gòu)上分為信號采集電路、信號處理電路、單片機小系統(tǒng)、顯示電路。通過軟件編程進行控制，實現(xiàn)整個設(shè)計的要求：單片機進行控制，發(fā)送和接受命令；傳感器將脈搏信號量轉(zhuǎn)化為電信號發(fā)送給單片機處理；顯示電路將單片機發(fā)來的數(shù)據(jù)顯示出來。 ［10］16 第 3 章　系統(tǒng)軟件設(shè)計　總體的軟件流程圖圖 31　總體軟件流程圖首先打開控制開關(guān)，系統(tǒng)開始工作，顯示緩沖區(qū)清零，這時候數(shù)碼管被點亮，17 顯示全零；判斷開關(guān)是否接高電平，如果不為高電平則繼續(xù)判斷，數(shù)碼顯示繼續(xù)為零，如果接高電平計數(shù)器/定時器開始工作初始化，開中斷啟動定時器/計數(shù)器；定時時間到顯示脈搏數(shù)；繼續(xù)判斷開關(guān)是否接低電平，如果接低電平，則關(guān)閉定時器/計數(shù)器，如果接高電平則繼續(xù)顯示脈搏數(shù)。匯編語言是一種與硬件緊密相關(guān)的程序語言，是機械語言的便于記憶和理解的符號化形式。 ［12］　數(shù)碼顯示在單片機系統(tǒng)中，通常用 LED 數(shù)碼顯示器來顯示各種數(shù)字或符號。共陰和共陽結(jié)構(gòu)的 LED 顯示器各筆劃段名和安排位置是相同的。8 個筆劃段hgfedcba 對應(yīng)于一個字節(jié)（8 位）的 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,于是用 8 位二進制碼就可以表示欲顯示字符的字形代碼。如果是共陽 LED 顯示器，公共陽極接高電平，顯示“P”字符的字形代碼應(yīng)為 100