【正文】 as calculated accurately. After making a plete hardware and software algorithms, several tests were achieved. The test results show this design could obtain the desired effect.Keywords：Heartrate monitoring system。利用中斷和定時(shí)器功能，能夠精確的計(jì)算出心率。所設(shè)計(jì)心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用光學(xué)感應(yīng)原理做成的傳感器，把心率信號(hào)轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的電信號(hào)模擬量。 IV 基于單片機(jī)的心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要隨著社會(huì)的發(fā)展，心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，但醫(yī)學(xué)心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還存在著單一地點(diǎn)、實(shí)時(shí)性不精確等缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì)就是為了克服傳統(tǒng)心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的局限性，突出價(jià)格低廉、使用簡(jiǎn)單方便、維護(hù)成本低的特點(diǎn)。在CPU的選型上，使用價(jià)格低、功能強(qiáng)大的AT89S52單片機(jī)。在做出硬件和完整的軟件算法后，進(jìn)行了多次測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)能夠達(dá)到預(yù)期的效果。 AT89S52。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1990年全球大約死于心血管疾病的人口就高達(dá)1400萬，預(yù)計(jì)到2020年，將會(huì)有2500萬人口死于心腦血管疾病[2]。一些人希望通過早期的措施能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)到疾病的到來，從而能在最快的時(shí)間內(nèi)得到醫(yī)治，使自己盡快恢復(fù)健康。這種疾病通常會(huì)終生伴隨著患者，疾病帶來的痛苦和昂貴的治療費(fèi)用不僅讓病人家庭承受著巨大的財(cái)政負(fù)擔(dān)，還占用社會(huì)上有限的的醫(yī)療資源，給社會(huì)帶來了不必要的負(fù)擔(dān)。 過去專門用于測(cè)量心率的儀器就很少。而心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的出現(xiàn)，使復(fù)雜的心電儀功能進(jìn)入日常的家庭成為可能，但基于心電工作站的模式，導(dǎo)致個(gè)別地區(qū)醫(yī)療診斷的不健全而變得不適用。 心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)設(shè)想在社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的當(dāng)代，人們的生活水平和質(zhì)量相對(duì)上個(gè)世紀(jì)都有了極大的改善，但同時(shí)多種疾病有困擾著人們，給人們的生活帶來了不必要的麻煩，對(duì)于心腦血管疾病，早期的預(yù)防工作尤為重要。本設(shè)計(jì)采用高精度、低成本、微型化的AT89S52單片機(jī)為核心來設(shè)計(jì)數(shù)心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件電路。其軟件設(shè)計(jì)由主程序、信號(hào)采集子程序、預(yù)置子程序、顯示子程序模塊、信號(hào)放大處理子程序等組成。在此設(shè)計(jì)理念上設(shè)計(jì)出了系統(tǒng)的總體方案，最后通過軟件和硬件的調(diào)試實(shí)現(xiàn)了各個(gè)模塊的功能。此心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理是通過紅外發(fā)射管發(fā)射的紅外線經(jīng)過人體組織后由紅外接收管接收，心率變化會(huì)使光線的強(qiáng)度變化。在經(jīng)過電子電路的處理后，再傳送至單片機(jī)，由單片機(jī)的算法處理傳感器傳送的信號(hào)。 心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案的選擇傳感器方案一：隨著血液在心臟中的波動(dòng)，人體血液中的半透明物質(zhì)的濃度也隨之改變。由于人體心率次數(shù)和計(jì)數(shù)器頻率是成正比，因此把傳感器采集的微弱電信號(hào)進(jìn)行濾波、整形、計(jì)數(shù)和計(jì)算的值顯示到LCD上就是關(guān)鍵的步驟，就能達(dá)到時(shí)實(shí)時(shí)檢測(cè)心率的目的。選擇壓電傳感器，即壓電薄膜PVDF(聚偏二氟乙烯)傳感器放在上述位置，把壓電傳感器測(cè)到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖并進(jìn)行整形、計(jì)數(shù)和顯示，通過感應(yīng)脈搏跳動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)。相對(duì)于方案二，方案一具有很大的易操作和低成本性。雖然AT89S52單片機(jī)的功能是有限的，但是對(duì)于心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)是沒有問題的，下面我們也會(huì)具體介紹AT89S52單片機(jī)的基本功能和由此設(shè)計(jì)涉及到的功能。最終選擇的是AT89S52單片機(jī)，雖然9S12XS128的功能很強(qiáng)大，但是在設(shè)計(jì)中會(huì)發(fā)現(xiàn)其中的很多引腳都是用不到的，造成了很到的浪費(fèi)，也增加了設(shè)計(jì)的費(fèi)用，不符合設(shè)計(jì)心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的盡可能的降低生產(chǎn)和研發(fā)的成本設(shè)計(jì)初衷。當(dāng)然，測(cè)量心率的1分鐘內(nèi)跳動(dòng)的次數(shù)不可能是測(cè)量1分鐘，而是通過單片機(jī)算法用60比上兩次心率跳動(dòng)的的時(shí)間差就得到了1分鐘內(nèi)心率跳動(dòng)的次數(shù)了。 光電心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)此心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的傳感器是用光電發(fā)接收管和光電發(fā)射管作為傳感器原件，把采集到的微弱紅外光經(jīng)過處理轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，利用各個(gè)功能模塊分別實(shí)現(xiàn)測(cè)量、顯示、報(bào)警等功能。各模塊功能如表 ：表 模塊功能表模塊名稱模塊功能光電傳感器非電量(紅外光)模擬量點(diǎn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換元件，它由紅外管和紅外接收管組成，把接收到的紅外光按一定線性關(guān)系轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的物理量(如電壓、電流或頻率等)輸出信號(hào)處理把采集到的非可直接運(yùn)用的模擬量信號(hào)進(jìn)行一系列的處理(包括濾波、整形、放大)。液晶顯示把單片機(jī)計(jì)算得出的結(jié)果顯示在LCD1602上，便于直觀的讀出所要測(cè)量的數(shù)據(jù)?？梢韵蚬怆妭鞲衅?、信號(hào)整形、放大、單片機(jī)Vcc提供的電源。 所示：圖 心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖手指放在傳感器中間，隨著心臟的跳動(dòng)，血管中組織液的濃度和流量也隨著改變。該信號(hào)經(jīng)濾波、放大、整形后輸出給單片機(jī)的端口，單片機(jī)接收到外部中斷信號(hào)后執(zhí)行相應(yīng)指令。 相比較于傳統(tǒng)的心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)光電式心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有下列優(yōu)點(diǎn)：1. 可測(cè)量并顯示實(shí)時(shí)心率值。3. 心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以重復(fù)使用且使用簡(jiǎn)單，精度高。5. 工作穩(wěn)定、磨損小、使用時(shí)間長(zhǎng)、維護(hù)方便。7. 測(cè)量的有效范圍為50次199次/分鐘。2. 體力勞動(dòng)者勞動(dòng)強(qiáng)度測(cè)定。4. 士兵訓(xùn)練強(qiáng)度測(cè)定。6. 心理緊張狀態(tài)實(shí)驗(yàn)分析研究。因?yàn)榇诵穆时O(jiān)測(cè)系統(tǒng)沒有其他特殊的功能實(shí)現(xiàn)，所需要的端口也很少，所以沒有選擇功能復(fù)雜的Freescale單片機(jī)。片內(nèi)有 256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM，有8K字節(jié)程序存儲(chǔ)器ROM，4個(gè)8位的并行I/O口（P0、PPP3），1個(gè)全雙工串行通訊口，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（T0、TT2），可處理 6個(gè)中斷源，兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)。 AT89S52 的結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)所使用的單片機(jī)的封裝形式是DIP40，： AT89S52 的封裝形式AT89S52單片機(jī)40腳。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。當(dāng)波長(zhǎng)不變的光線照射到機(jī)體上時(shí)，通過人體組織的吸收、反射、衰減后，測(cè)得的光強(qiáng)可以反映組織的結(jié)構(gòu)特征。在人體指尖和耳垂的部位動(dòng)脈分布比較密集，光線通過手指后可檢測(cè)到的幾率相對(duì)其他部位更為明顯，因此本次設(shè)計(jì)的傳感器應(yīng)用在人體的手指尖部是最理想的位置。采用GaAs紅外發(fā)光二極管作為光源時(shí)，可以大大減少因?yàn)楹粑a(chǎn)生的心率漂移。此課程設(shè)計(jì)中，傳感器的發(fā)射管和接收管相向擺放，這樣就能得到最好的的光線接收效果。光電心率傳感器可以分為透射式和反射式兩種原理制作而成[8]。因此。R6選擇330Ω，是基于紅外接收管感應(yīng)紅外光靈敏度考慮的。反之，R6選取的過小，通過的電流就會(huì)偏大，原因和R6選取過小相同。： 信號(hào)采集電路 正常情況下人體的心率為50~200次/分鐘，~，所以紅外傳感器采集到的紅外頻率就會(huì)很低。要考慮到強(qiáng)光對(duì)其測(cè)量的干擾以及噪聲等不可預(yù)知的干擾以外，低頻信號(hào)需要經(jīng)過多倍放大和整形，處理完的信號(hào)才能傳送給單片機(jī)的處理模塊。主要參數(shù)和特性如下：LM358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，該芯片采用單電源供電，這樣就節(jié)省了制作雙電源的麻煩，但同時(shí)也適用于雙電源工作模式?？烧{(diào)電位器R