1章緒論爭(zhēng)論背景和意義隨著社會(huì)和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)生命現(xiàn)象的生疏也越來(lái)越深入，生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的檢查是對(duì)人體安康狀況評(píng)估的手段。在醫(yī)院里，通過(guò)檢查必要的生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)，醫(yī)生可以對(duì)病人安康程度做一個(gè)評(píng)估，并且依據(jù)數(shù)據(jù)診斷出病患所得的疾病以及康復(fù)狀況。同時(shí)，醫(yī)藥保健類產(chǎn)品早已經(jīng)不是醫(yī)院的專利，以家庭為單位，幾乎每個(gè)家庭都配備了必要的醫(yī)療保健類用品[1-3]。在適宜的醫(yī)療設(shè)備條件下，病人可以不依靠醫(yī)生的關(guān)心，自己采集醫(yī)學(xué)生理數(shù)據(jù)，通過(guò)醫(yī)學(xué)依據(jù)對(duì)此參數(shù)分析，評(píng)估安康水平或者診斷自身是否有疾病?，F(xiàn)代的醫(yī)療儀器給人民生活帶來(lái)了便捷，在智能化、便攜式、牢靠性、安全性等方面都有了很大的提高。儀器在實(shí)現(xiàn)功能的同時(shí)都有不同的特點(diǎn)，有的儀器便于攜帶，有的儀器操作簡(jiǎn)潔。固然，結(jié)合眾多優(yōu)點(diǎn)的儀器無(wú)疑受到消費(fèi)者的青睞。以醫(yī)院為單位，由于測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)可以直接供給應(yīng)醫(yī)生作為診斷或評(píng)估病人身體狀況的參考，所以這類醫(yī)療儀器性能高、功能強(qiáng)大、測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。而對(duì)于以家庭或個(gè)人來(lái)說(shuō)，在保證功能的同時(shí)，便利測(cè)量生理數(shù)據(jù)、便于攜帶、價(jià)格低廉、智能化這些特點(diǎn)是此類醫(yī)療儀器進(jìn)展的趨勢(shì)。作為諸多生理信號(hào)的一種，脈象信號(hào)蘊(yùn)含著豐富的信息，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)中很多生理病理的血流特征[4]。很多中醫(yī)文獻(xiàn)分析脈象的形成和西醫(yī)分析雖然表、述各有不同，但是有一樣的科學(xué)原理。人體循環(huán)系統(tǒng)由心臟、血管、血液所組成，負(fù)責(zé)人體氧氣、二氧化碳、養(yǎng)分及當(dāng)大量血液進(jìn)入動(dòng)脈將使動(dòng)脈壓力變大而使管徑擴(kuò)張，在體表較淺處動(dòng)脈即可感受到此擴(kuò)張，即所謂的脈搏[1]。正常人的脈搏和心跳是全都的。脈搏的頻率受年齡和性別的影響，嬰兒每分鐘120-14090-10080-9060-100次100次，稱為60次，稱為心動(dòng)過(guò)緩[2]。綜上所述，脈搏信號(hào)對(duì)于人體心腦血管系統(tǒng)和整體安康水平都有很好的反映，其一，對(duì)于前期心腦血管疾病預(yù)防和中期病情監(jiān)護(hù)，安全、便利、快捷的評(píng)估心腦血管安康狀況的設(shè)備對(duì)人體心腦血管系統(tǒng)功能進(jìn)展監(jiān)測(cè)，及早覺(jué)察病情，實(shí)時(shí)把握可及早覺(jué)察致命性病變。其二，對(duì)一般人則可用于早期安康評(píng)估和病人身體狀況的愈后檢查。通過(guò)脈搏信號(hào)的檢測(cè)和分析，可以結(jié)合其他生理參數(shù)，對(duì)人體亞安康狀態(tài)的早期病變進(jìn)展推測(cè)。脈搏信號(hào)檢測(cè)不需要簡(jiǎn)單昂貴的設(shè)備，且操作簡(jiǎn)便擁有無(wú)創(chuàng)性的特點(diǎn)，在心腦血管和臨床醫(yī)學(xué)檢查、治療、用藥、康復(fù)、保健等方面都有著良好的應(yīng)用前景。斷開(kāi)拓了一條途徑。主觀因素，運(yùn)用科學(xué)的分析手段，對(duì)脈象信號(hào)進(jìn)展分析，是勢(shì)在必行的。人體脈搏信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)爭(zhēng)論現(xiàn)狀1860Vierordt研制出第一臺(tái)彈簧杠桿式脈搏描記器，使脈象爭(zhēng)論由示意圖階段進(jìn)入示波圖階段[6]。隨著技術(shù)水平的進(jìn)展，脈象儀不斷進(jìn)展，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者制造出了有代表性、性能各異的脈診儀器。脈診儀器爭(zhēng)論的重點(diǎn)是傳感器的設(shè)計(jì)，到現(xiàn)在為止，爭(zhēng)論人員已經(jīng)研制出種類繁多的傳感器來(lái)模擬中醫(yī)切脈時(shí)的手指，采集脈搏信號(hào)記錄并分析?，F(xiàn)階段，用于脈象信息采集的傳感器依據(jù)其工作原理可分為：壓力傳感器、光電式脈搏傳感器、傳聲器和超聲多普勒技術(shù)[9-11]壓阻型傳感器和壓磁式傳感器[9,10]。壓電式傳感器利用壓電材料的特性將脈搏的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，依據(jù)壓電式[12]材料的不同可分為壓電晶體式傳感器、壓電陶瓷式傳感器、壓電聚合物傳感PVDF壓電薄膜傳感器用的最多。壓阻型傳感器主要利用電阻率隨應(yīng)力變化的性質(zhì)制成的，目前它的應(yīng)用最為廣和氣導(dǎo)式傳感器。壓磁式傳感器也稱作磁彈性傳感器，是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外興的一種型傳感器。上尚未成熟，限制了其廣泛應(yīng)用。光電容積式脈搏傳感器此種傳感器測(cè)量部位是指端，由指總動(dòng)脈分兩路從指干輸出，以此反映出脈搏波的變化狀況即獲得指端容積脈搏波信號(hào)[13,14]。超聲多普勒技術(shù)國(guó)外對(duì)脈搏波的爭(zhēng)論，在儀器上正朝著超聲顯像方面進(jìn)展，脈勒技術(shù)在脈象客觀化的爭(zhēng)論中已經(jīng)日益受到重視，取得了肯定的進(jìn)展。固然，傳感器探頭種類也很多，有單探頭、雙探頭和多探頭的傳感器。(1)單探頭傳感器的爭(zhēng)論幾種常見(jiàn)脈象，這些儀器的深入應(yīng)用推動(dòng)了我國(guó)脈象客觀化的爭(zhēng)論。目前常用的單觸頭壓力脈搏傳感器在整體構(gòu)造上主要承受了表帶式和支架式兩種形式。表帶式構(gòu)造一般是通過(guò)尼龍綁帶將傳感器綁扎在被測(cè)者的腕部，操作便利、簡(jiǎn)潔，記錄的脈圖受人體體位和呼吸的干擾較小。支架式構(gòu)造的特點(diǎn)是傳感器與醫(yī)者手指切脈的情景較為相符。但是由于人體體位和呼吸的影響，被測(cè)者手腕與傳感器之間的相對(duì)位置難以保持穩(wěn)定，檢測(cè)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的呼吸干擾和雜散振動(dòng)干擾。另有一種是指套式的單觸頭壓力脈搏傳感器構(gòu)造。美國(guó)J.H.Laub在20世紀(jì)80年月設(shè)計(jì)的一種脈搏波動(dòng)檢測(cè)裝置將壓力傳感器分別并排固定于食指、中指、無(wú)名指的手套前端，按在被測(cè)者的寸、關(guān)和尺三部上，用三支電動(dòng)描記筆同時(shí)記錄三部脈的波形，用于進(jìn)展脈象分析，并且可以將醫(yī)者的取脈壓力也同時(shí)顯示出來(lái)。用這種構(gòu)造的傳感器進(jìn)展脈象信息檢測(cè)，很好地模擬了手指切脈的情景，假設(shè)通過(guò)肯定的設(shè)計(jì)使指套前端具有良好的力傳導(dǎo)性能的話，那么在診脈過(guò)程中除了由傳感器檢測(cè)脈波之外，醫(yī)者還能依據(jù)指端對(duì)脈搏波動(dòng)的感受來(lái)進(jìn)展各種敏捷的指法變化，從而測(cè)得不同取脈壓力下脈搏波動(dòng)的動(dòng)態(tài)變化。這種指套式構(gòu)造所具有的良好模擬特性使得它具有肯定的有用性，但是也有文獻(xiàn)指出，這種構(gòu)造形式難以保證醫(yī)者指端與被測(cè)者腕部之間的位置相對(duì)穩(wěn)定，以至于記錄的脈圖波形缺乏足夠的穩(wěn)定性，而且檢測(cè)結(jié)果的重復(fù)性較差[8,15]。單探頭脈象傳感器反映的信息比較局限，這是由于單點(diǎn)式脈象傳感器的構(gòu)造特點(diǎn)，限制了更多的脈搏信息及血管力學(xué)參數(shù)的測(cè)定。單探頭、單部位的檢測(cè)方法與[8]：第一，單探頭傳感器無(wú)法區(qū)分血管軸向張力和徑向搏動(dòng)力。其次，單探頭傳感器加膚-軟組織-動(dòng)脈管”力學(xué)特性有關(guān)。現(xiàn)有檢測(cè)方法無(wú)法區(qū)分軟組織變形量和無(wú)法區(qū)分軟組織變形程度及軟組織固有的彈性、硬度等力學(xué)參數(shù)對(duì)切脈壓力的影響程度。(2)雙探頭傳感器的爭(zhēng)論等效硬度等力學(xué)指標(biāo)。的推斷標(biāo)準(zhǔn)等方面都可以進(jìn)展深入的爭(zhēng)論。(3)三探頭傳感器的爭(zhēng)論三探頭壓力式傳感器組合取脈時(shí)，撓動(dòng)脈被加壓以致阻斷并被強(qiáng)制地分為三個(gè)有生理意義的小區(qū)。三點(diǎn)的脈搏特征是不同的、有特別生理意義的。這種組合式的脈搏傳感器，特別是“中突型”構(gòu)造的，一是能測(cè)出撓動(dòng)脈內(nèi)血流狀態(tài)；二是能比較壓阻點(diǎn)近遠(yuǎn)心側(cè)脈波的差異；三是能獲得有關(guān)脈搏波傳播速度的信息；四是能夠鑒別脈波的拍變化的偽差；五是能大致估量整體外周阻力與首部外周阻力對(duì)脈波形得出以下幾個(gè)初步結(jié)論：二者在最正確脈壓力上有差，單部脈象檢測(cè)在最正確取脈壓力下的脈圖主峰波高度與在這個(gè)壓力下三部脈象同步檢測(cè)所建立的主峰波高度有顯著差異，測(cè)取的脈圖在形態(tài)上歸平、弦、滑等類，沒(méi)有覺(jué)察本質(zhì)上的差異，對(duì)三部脈象同步檢測(cè)時(shí)測(cè)取的寸、關(guān)、尺脈圖進(jìn)展形態(tài)歸類，也無(wú)明顯區(qū)分，但幅值差異較大，且因人而異[8,9]。本課題完成的主要內(nèi)容本文主要爭(zhēng)論內(nèi)容包括：脈搏醫(yī)學(xué)界理論，脈搏圖的進(jìn)展和現(xiàn)狀。設(shè)計(jì)了脈搏波信號(hào)采集系統(tǒng)，包括硬件和軟件局部。信號(hào)采集硬件以本文主要爭(zhēng)論內(nèi)容包括：脈搏醫(yī)學(xué)界理論，脈搏圖的進(jìn)展和現(xiàn)狀。設(shè)計(jì)了脈搏波信號(hào)采集系統(tǒng)，包括硬件和軟件局部。信號(hào)采集硬件以MSP430MCP6002。本論文構(gòu)造安排如下：1本論文構(gòu)造安排如下：12章，人體脈搏信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。依據(jù)低功耗、廉價(jià)、便攜、易操作、易升級(jí)等要求對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)展了總體設(shè)計(jì)。3設(shè)計(jì)選擇:傳感器的選擇，掌握器的設(shè)計(jì)，顯示器件的選擇以及硬件電路設(shè)計(jì)。4章，人體脈搏信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。5章，系統(tǒng)試驗(yàn)及調(diào)試。6章，結(jié)論與展望，說(shuō)明白儀器可改進(jìn)和提高的局部和需要進(jìn)一步爭(zhēng)論的地方。2章系統(tǒng)需求分析和總體方案設(shè)計(jì)低功耗的優(yōu)點(diǎn)。人體脈搏信號(hào)檢測(cè)原理本文設(shè)計(jì)的是人體脈搏信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)。其工作原理是首先通過(guò)脈搏傳感器把測(cè)在數(shù)碼管上顯示出脈搏跳動(dòng)數(shù)值，對(duì)不合格的心率信號(hào)進(jìn)展語(yǔ)音報(bào)警。系統(tǒng)便于被安裝相應(yīng)的軟件就可以進(jìn)展實(shí)時(shí)采集和檢測(cè)。在進(jìn)展系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)之前，需要考慮以下幾點(diǎn)：計(jì)數(shù)和顯示；能夠有自身的優(yōu)點(diǎn)。例如本系統(tǒng)的低功耗、便攜式；易于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展改進(jìn)和日后的升級(jí)；操作方法簡(jiǎn)潔，便利使用者。位機(jī)和下位機(jī)。下位機(jī)主要是單片機(jī)系統(tǒng)，上位機(jī)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。下位機(jī)承受單片機(jī)系統(tǒng)，主要是由于單片機(jī)系統(tǒng)易于設(shè)計(jì)者開(kāi)發(fā)，簡(jiǎn)潔實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖和儀器功能特點(diǎn)，便于擴(kuò)展功能和以后的升級(jí)，經(jīng)濟(jì)廉價(jià)。在個(gè)人計(jì)算機(jī)上有利于人機(jī)交互；計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)量大，采集到的脈搏波數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)硬盤，便利數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)和調(diào)用；計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)大，處理速度快，假設(shè)后序欲對(duì)脈搏波數(shù)據(jù)分析并進(jìn)展算法分析，我們可以連續(xù)使用現(xiàn)代的分析軟件在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。人體脈搏信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的功能時(shí)間<10s，脈搏測(cè)量精度：≤±2/分鐘。固然，在實(shí)現(xiàn)這些根本功能的根底上可以進(jìn)展功能拓展，例如對(duì)脈搏信號(hào)進(jìn)展經(jīng)過(guò)處理后進(jìn)展無(wú)線傳輸。上位機(jī)軟件也可進(jìn)展多種功能拓展，包括患者個(gè)人信息記錄和采集顯示，數(shù)據(jù)查詢和分析處理。人體脈搏信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)進(jìn)展硬件的總體設(shè)計(jì)需要考慮到以下幾點(diǎn)：首先，人體的生物信號(hào)多屬于強(qiáng)噪聲背景下的低頻的弱信號(hào),脈搏波信號(hào)更是所以，必需經(jīng)過(guò)放大和后級(jí)濾波以滿足采集的要求。數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣仍絹?lái)越快。第五，多功能。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)電路框圖如圖2-1所示，主要包括取樣電路、放大電路、比較MCU處理電路及顯示電路。首先，使用壓電傳感器采集與心跳同頻率的信MCU后，然后軟件對(duì)信號(hào)進(jìn)展處理，最終在液晶顯示屏出數(shù)值，對(duì)不合格的心率信號(hào)進(jìn)展語(yǔ)音報(bào)警。數(shù)據(jù)采數(shù)據(jù)采集電路濾波電路比較電路單片機(jī)處理電路特別報(bào)警電路顯示及驅(qū)動(dòng)電路2-1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框圖的構(gòu)造簡(jiǎn)潔，形式敏捷多樣，因此的構(gòu)造簡(jiǎn)潔，形式敏捷多樣，因此,光電式傳感器在檢測(cè)和掌握中應(yīng)用格外廣泛?！布t外、可見(jiàn)及紫外光輻射〕轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的器件。光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。它可用于檢測(cè)直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)、光照度、輻射測(cè)溫、氣體成分分析等；也可用來(lái)檢測(cè)能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、外表粗糙度、應(yīng)變、位移、振動(dòng)、速度、加速度，以及物體的外形、工作狀態(tài)的識(shí)別等。光電式傳感器具有非接觸、響CCD圖像傳感器的誕生，為光電傳感器的進(jìn)一步應(yīng)用開(kāi)創(chuàng)了的一頁(yè)。發(fā)送三極管。光敏二極管是最常見(jiàn)的光傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開(kāi)有一個(gè)嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，光敏二極管是最常見(jiàn)的光傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開(kāi)有一個(gè)嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，PN結(jié)<μ，稱為光敏二極管的暗電流-空穴，稱為光電載流子。在外電場(chǎng)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。光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號(hào)。光敏三極管光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能外，還有對(duì)電信號(hào)放大的功能。光敏三級(jí)管的外型與一般三極管相差不大，一般光敏三極管只引出兩個(gè)極——放射極和集電極，基極不引出，管殼同樣開(kāi)窗口，以便光線射入。為增大光照，基區(qū)面積做得很大，放射區(qū)較小，入射光主要被基區(qū)吸取。工作時(shí)集電Iceo=〔1+β〕Icbo〔很小，比一般三極管的穿透電流還??；當(dāng)有光照時(shí)，激發(fā)大量的電子空穴對(duì)，使得Ic=〔1+β〕Ib，可見(jiàn)光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度。本文選擇的光電式脈搏測(cè)量?jī)x有以下特點(diǎn)：測(cè)量的探測(cè)局部不侵入機(jī)體，不造成機(jī)體創(chuàng)傷，通常在體外。傳感器可重復(fù)使用且速度快，靈敏度高，精度高。測(cè)試的適用電壓為5V-9V的直流電壓。穩(wěn)定性好、磨損小、壽命長(zhǎng)、易于操作、修理便利。由于構(gòu)造簡(jiǎn)潔，因此體積小、重量輕、性價(jià)比優(yōu)越。50次-199次/分鐘。小結(jié)序有可能進(jìn)展的功能拓展。最終，給出了系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)。3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)硬件構(gòu)成常常是低頻的信號(hào)。而對(duì)于需要測(cè)量的人體脈搏來(lái)說(shuō)，它的強(qiáng)度小，所引起傳感器的電信號(hào)也比較微弱，而且變化頻率隨心臟搏動(dòng)頻率，大約一分鐘幾十次。所以，只要我們?cè)O(shè)計(jì)出可以滿足采集脈搏信號(hào)的這些特性的硬件即可。其次，現(xiàn)代的數(shù)據(jù)采集儀器呈現(xiàn)多種特點(diǎn)。第一，小型化。在滿足功能的同時(shí)，逐步淘汰大型笨重采集儀器。電池作為電源就能工作。第三，智能化。用戶在使用時(shí)用更少的操作和說(shuō)明就能完成功能。第四，傳輸速度快。運(yùn)用各種方式和標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣仍絹?lái)越快。綜合考慮，本系統(tǒng)以自主開(kāi)發(fā)的單片機(jī)系統(tǒng)為硬件采集模塊，采集信號(hào)送至MCU后，然后軟件對(duì)信號(hào)進(jìn)展處理。硬件局部如圖3-1所示，系統(tǒng)硬件根本組成局部主要包括傳感器局部和微掌握器局部。模擬局部模擬局部傳感器局部微掌握器局部脈搏信號(hào)脈搏傳感器放大濾波電路MSP430G2452主機(jī)3-1單片機(jī)硬件圖脈搏信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)傳感器的選擇本系統(tǒng)硬件的選擇從脈搏傳感器開(kāi)頭。目前脈搏傳感器種類繁多，性能各異，磁式三種。本文選擇的生物模擬傳感器脈搏心率感應(yīng)器，它是Arduino用來(lái)測(cè)試心跳速率(3-3)或者耳垂上Arduinoapp程序，可以實(shí)時(shí)的把您的心率用圖線顯示出來(lái)。實(shí)質(zhì)是一款集成了放大電路和噪音消退電路的光學(xué)心率傳感器。16mm330，LED波長(zhǎng)為609nm。3-2脈搏心率感應(yīng)器圖3-3帶在手指使用的傳感器 圖3-4夾在耳垂使用的傳感器脈搏信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)掌握器的選擇為了滿足電池長(zhǎng)期供電的要求和簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)選用單片機(jī)MSP430為3V左右，而無(wú)線芯片擁有低功耗的特點(diǎn)，可低電壓下工作，系統(tǒng)電源到達(dá)了全都性。MSP430相比于通用的C1uAuA-mA級(jí)別。MSP430系列單片機(jī)是美國(guó)TI16位的、具有精簡(jiǎn)指令集的、超低功耗的混合信號(hào)處理芯片[26]。它具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1.8-3.6V供電，就低功耗來(lái)說(shuō)，RAM數(shù)據(jù)保持方式0.1μA250μA/MIPS(每秒百萬(wàn)條指令數(shù))，I/O輸入端口的(1-10μA)15種節(jié)電模式。(RISC)構(gòu)造，具有豐富的尋址方式(7種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址),簡(jiǎn)潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令，大量的存放器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參與多種運(yùn)算，還有高效的查表處理8位處理器。的型號(hào)可能有以下功能模塊，看門狗(WDT)、模擬乘法器、定時(shí)器A、B、串口、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、AD轉(zhuǎn)換模塊、DAC轉(zhuǎn)換模塊、I2C總線等。故障，DCO會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，保證系統(tǒng)正常工作。便利高效的開(kāi)發(fā)國(guó)內(nèi)大量使用FLASH型430系列，此類型片內(nèi)有JTAG調(diào)試接JTAGFLASHJTAG接口掌握程序運(yùn)行，讀取片內(nèi)狀態(tài)，調(diào)試都可以在集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中進(jìn)展。器，符合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想。本文選擇的MSP430G2553單片機(jī)是MSP430系列，具有內(nèi)置的16位定時(shí)器、24I/O引腳、一個(gè)通用型模擬比較器以及承受通用串行通定時(shí)器，分別具有三個(gè)捕獲/24I/O引腳。本系統(tǒng)充分利用了片上的外圍模塊，內(nèi)部集成了A/D采集裝置。串口通信模塊，可以滿足和計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通信，這樣使整體電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，提高了系統(tǒng)的牢靠性。MSP430G25533-5所示：3-5MSP430G2553的封裝圖由于電氣標(biāo)準(zhǔn)的不同，MSP430單片機(jī)與計(jì)算機(jī)進(jìn)展通信時(shí)必需設(shè)計(jì)接口，由于RS-232標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：-3-15V表示規(guī)律“1”；+3-+15V表示規(guī)律“0”；這與MSP430性能穩(wěn)定的MAX232信。顯示器件的選擇LCD1602接口簡(jiǎn)潔，操作便利。SMS0601SMS0601標(biāo)準(zhǔn)數(shù)碼筆段型液晶顯示模塊MCU單片機(jī)承受二線式串口連接，廣泛應(yīng)用于手持式儀器儀表，智能顯示儀表。此款6位靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的液晶顯示模塊功耗低，視角范圍廣，電壓低等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用在儀器儀表中。LCD顯示器分為字段顯示和字符顯示兩種。其中字段顯示與LED顯示相像，設(shè)計(jì)承受的是字符型顯示。SMS0601液晶顯示模塊的主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量6位數(shù)字+2個(gè)時(shí)間分隔符+5個(gè)小數(shù)點(diǎn)模塊工作電壓2.7～5.5V工作電流30uA(3.0V)300uA(5.0V)字高12.7mm環(huán)境相對(duì)濕度:<85％視角6:00工作溫度:-10～+50℃顯示方式:反射式正顯示存儲(chǔ)溫度:-20～+60℃接口方式:二線式串行接口SMS0601液晶顯示模塊的接口信號(hào)說(shuō)明：1 DI: 串行數(shù)據(jù)輸入2 CLK:串行移位脈沖輸入3 VDD: 電源正極 4 VSS:電源地SMS0601液晶顯示模塊的外形尺寸：3-6SMS0601液晶顯示模塊的尺寸外形圖SMS0601液晶顯示模塊的地址映射表：1：SMS0601液晶顯示模塊的地址映射表2．LCD顯示程序設(shè)計(jì)LCD顯示程序的設(shè)計(jì)一般先要確定LCD的初始化、光標(biāo)定位、確定顯示字符后，顯示流程如圖3-7顯示。圖3-7 LCD顯示程序流程圖脈搏信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)脈搏傳感器測(cè)試電路Arduino使用的一個(gè)心率傳感器，本質(zhì)是一個(gè)帶有放大和消噪功能的光學(xué)放大器，通過(guò)佩戴在手指末端或者耳垂等毛細(xì)血管末端來(lái)檢測(cè)血液量的變化從而得到人體的實(shí)時(shí)心率。該傳感器只有三根線，電源、地和信號(hào)線，信號(hào)線輸出模擬信號(hào)，利用相應(yīng)的上位機(jī)程序，可以便利的顯示脈搏波形，將配件中將傳感器緊貼手指指肚，再用綁帶纏繞，做到傳感器和皮膚嚴(yán)密接觸即可。將pulsesensorUSBpulsesensor上的LED發(fā)出綠光，電腦屏幕上的脈搏波形剛開(kāi)頭還是很凌亂的，等待采集數(shù)據(jù)一段時(shí)間后LED燈也會(huì)隨著佩戴者的每一次3-8所示：3-8傳感器硬件測(cè)試電路圖3-9所示：3-9正常狀況下測(cè)得的心率圖為了進(jìn)一步驗(yàn)證傳感器的有效性，游泳后再次測(cè)量，脈搏波形如下圖：3-10游泳后測(cè)得的心率圖3-93-10圖的比照可以覺(jué)察，游泳后脈搏明顯加快，波動(dòng)次數(shù)變多。脈搏信號(hào)整形電路,必需經(jīng)過(guò)放大和后級(jí)濾波以滿足采LM324，電壓較低，耗能少。濾波電路設(shè)計(jì)，如圖3-11所示：3-11濾波電路電路圖240次//3.33HzR、C低通濾波，去除高頻干擾。承受簡(jiǎn)潔的二階電路當(dāng)R21=R20=R，C4=C5=C時(shí)，A(s)1/[13sRC(sRC)(sRC)]f令f 1/2RC，通帶的截止頻率f0.37f,R=3K,C=4.7U,經(jīng)計(jì)算f=4.1HZ。f0 0符合要求。濾波電路AC分析結(jié)果如圖3-12所示：3-12濾波電路AC分析結(jié)果信號(hào)比較電路:將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一個(gè)參考電壓相比較，輸出肯定的凹凸電平。本設(shè)計(jì)電LM3243-13所示，經(jīng)過(guò)隔直流信號(hào)、濾波后信號(hào)為最大的幅R22=10K,R23=400。工作電5v0v4.2v的高電平，單片機(jī)能3-13所示：?jiǎn)纹瑱C(jī)掌握器電路

3-13比較電路選用MSP430G2553的實(shí)物圖，如圖3-14所示。圖3-14 MSP-EXP430G2553實(shí)物圖MSP-EXP430G2553 硬件板上包含：Launch Pad 仿真器插座電路板(MSP-EXP430G2);0.5USB-B線纜;MSP430閃存器件。810ADCI/O、通用串行接口、8kB256SRAM16MSP430微掌握器。兩個(gè)插座USB調(diào)試與編程接口無(wú)需驅(qū)動(dòng)即可安裝使用，且具備高達(dá)9600波特率的UART串行通信速度；支持全部承受PDIP14或PDIP20封裝的MSP430G2xx和MSP430F20xx器件；兩個(gè)通用數(shù)字I/O引腳分別連接至綠3-15所示：報(bào)警電路

3-15MSP-EXP430G2553外圍電路圖圖圖3-16為報(bào)警電路，成人在安靜時(shí)，每分鐘脈搏為60-100次。當(dāng)被測(cè)人員的脈搏超出正常范圍，蜂鳴器就會(huì)報(bào)警。蜂鳴器與家用電氣上的喇叭在用法上也有相像TTL點(diǎn)評(píng)根本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，需要增加一個(gè)電流放大的電路才可以，即此一個(gè)管腳很難驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音,所以增加了一個(gè)三極管來(lái)增加通過(guò)蜂鳴器的電流。蜂鳴器的正極性的P01管腳通過(guò)一個(gè)與門來(lái)掌握，當(dāng)P01管腳為低時(shí)，與非門輸出高電平，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。當(dāng)P01管腳為高時(shí)，與非門輸出低電平，三極管截至，蜂鳴器不發(fā)出聲音。顯示器件連接電路

3-16報(bào)警電路3-17所示：3-17SMS0601電路圖串行移位脈沖輸入引腳(CLK)連接。信號(hào)調(diào)理電路硬件圖人體脈搏檢測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理電路原理圖，如圖3-18所示：3-18信號(hào)調(diào)理電路原理圖幾毫伏的脈搏信號(hào)的電壓被放大為2V-3V數(shù)P1.0IO口信號(hào)捕獲的方式，記錄脈沖信號(hào)每一個(gè)上跳沿到來(lái)的時(shí)刻，從而計(jì)SMS0601，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)展實(shí)時(shí)顯示。調(diào)理電路原理圖所對(duì)應(yīng)的PCB圖，如圖3-19所示：3-19調(diào)理電路的PCB圖小結(jié)本章主要介紹了人體脈搏信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)。首先介紹了脈搏檢測(cè)并且具體地描述了各個(gè)局部的原理和具體工作過(guò)程。4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)環(huán)境MSP-EXP430G2LaunchPad的安裝包含三個(gè)簡(jiǎn)潔步驟：下載所需調(diào)試軟件MSP-EXP430G2LaunchPad開(kāi)發(fā)板。IARKickStartIDECodeComposerStudio(CCS)都具有免費(fèi)Workbench4kBC代碼。CCS僅限于處理16kBCCS，由于它具有更大的免費(fèi)代碼空間。安裝選定的IDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境并將LaunchPad試驗(yàn)板連接至PCCCS已為在LaunchPad上開(kāi)發(fā)基于MSP430G2xx的應(yīng)用完成了全部設(shè)置。當(dāng)軟件完成安裝后，IDEUSB:HID調(diào)試接口的MSP-EXP430G2LaunchWindows自動(dòng)安裝該軟件。3.IDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)展軟件開(kāi)發(fā)主要步驟如下：建工程；(3)進(jìn)展程序調(diào)試。編譯鏈接界面，調(diào)試界面，分別如圖4-1和圖4-2所示：4-1編譯鏈接界面4-2調(diào)試界面系統(tǒng)軟件總體框架成。主函數(shù)程序的功能：可以通過(guò)MCU對(duì)I/O口的檢測(cè)其凹凸電平實(shí)現(xiàn)心電信號(hào)的采集，轉(zhuǎn)換和處理，最終液晶顯示屏顯示脈搏的值；同時(shí)還可以調(diào)用報(bào)警程序停頓I/O是高電平還是低電平來(lái)實(shí)現(xiàn)是測(cè)量人體的脈搏值。單片機(jī)程序的好壞直接影響著系統(tǒng)的牢靠性與穩(wěn)定性，由于單片機(jī)的準(zhǔn)確度格外高，所以該方法精度較高，脈搏測(cè)

/4.3所示。開(kāi)頭定時(shí)器中斷/計(jì)時(shí)器初始化Ni=100次？Y數(shù)據(jù)處理顯示返回4-3主函數(shù)脈沖計(jì)數(shù)程序10s，T0的計(jì)數(shù)值。相關(guān)的程序如下：//-------比較器的設(shè)置--------//CACTL1=CARSEL+CAREF0+CAON; //0.25Vcc=-comp//CACTL2=P2CA0+CAF; //P1.1=+comp//P1OUT|=0x00;//-------定時(shí)器的設(shè)置----------上升沿+CCI0A〔P1.1輸入〕+同步捕獲+捕獲中斷允許輸入〕+同步捕獲+捕獲中斷允許//TACTL=TASSEL_2+MC_2+TACLR;//SMCLK時(shí)鐘+連續(xù)計(jì)數(shù)模式TACTL=TASSEL_1+MC_2+TACLR;//+ID_3;//ACLK時(shí)鐘+連續(xù)計(jì)數(shù)模式顯示驅(qū)動(dòng)軟件本次設(shè)計(jì)SMS0601顯示的內(nèi)容是被測(cè)量者一分鐘的脈搏次數(shù)。設(shè)置的動(dòng)態(tài)顯的脈搏次數(shù)。在液晶屏顯示出脈搏數(shù)。#defineS_CLKLCD_OUT|=LCD_CLK#defineS_DI LCD_OUT|=LCD_DI

CLK端//置位DI端#defineR_CLKLCD_OUT&=~LCD_CLK //復(fù)位CLK端#defineR_DI LCD_OUT&=~LCD_DI流程圖，如圖4.4所示。

//DI端按鍵處理軟件

4.4顯示程序流程圖SW-PB就可以導(dǎo)通電路，復(fù)位引腳低電平有效，到達(dá)低電平的時(shí)候，單片機(jī)復(fù)位，從起始地址重開(kāi)頭運(yùn)行程序。小結(jié)分析，進(jìn)而提出了改進(jìn)方法。最終描述了顯示驅(qū)動(dòng)軟件和按鍵處理軟件。5章系統(tǒng)試驗(yàn)及調(diào)試調(diào)試方案簡(jiǎn)介系統(tǒng)整體功能實(shí)現(xiàn)后，就要對(duì)其進(jìn)展測(cè)試。依據(jù)方案設(shè)計(jì)要求，調(diào)試過(guò)程共分三大局部，硬件調(diào)試，軟件調(diào)試，軟件和硬件聯(lián)調(diào)〔即系統(tǒng)調(diào)試〕。電路按模塊逐MCU局部。由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中承受模塊化設(shè)計(jì)，所以便利了對(duì)各電路功能MCU局部。試著輸入一系列脈沖〔用適當(dāng)?shù)碾娮杞诱龢O，連續(xù)性地輸入〕，MCU局部能是否能顯示；模擬局部以實(shí)現(xiàn)。脈搏傳感器信號(hào)調(diào)試TDS2024B系列來(lái)測(cè)試傳感器。示波器3V微機(jī)電源，正極一端連接3V，負(fù)極接地，信號(hào)輸出端連接數(shù)字示波器的探頭，傳感器夾在手指上。如圖5-1所示，上面的黃線代表采集到的脈搏信號(hào)，下面的藍(lán)線代表轉(zhuǎn)化后相對(duì)應(yīng)的方波信號(hào)。圖5-2代表被測(cè)者的脈搏信號(hào)幅值過(guò)大時(shí)，消滅的“削頂”現(xiàn)象。5-1心率信號(hào)波形圖5-2大幅值心率信號(hào)波形圖脈搏計(jì)數(shù)調(diào)試5-3所示：5-3剛上電的電路測(cè)試狀態(tài)5-4所示：5-4測(cè)試中的電路狀態(tài)5-5所示：5-5穩(wěn)定后的電路狀態(tài)脈沖次數(shù)進(jìn)展累加。模擬測(cè)試結(jié)果：2.5v1.98v2所示。頻率〔HZ〕理論值2模擬測(cè)試結(jié)果表實(shí)際值誤差0.530300%160600%1.590900%1.81081080%21201200%31801800%3.21921920%4240--可見(jiàn)，在3HZ以前，系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果格外準(zhǔn)確，但是在之后，由于濾波器的作用，結(jié)果無(wú)法顯示。由此可以得知，系統(tǒng)的測(cè)頻和濾波作用都實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的效果。由于人體安靜狀況下的脈搏信號(hào)頻率為1-2Hz，對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)足夠使用，說(shuō)明我們?cè)O(shè)計(jì)的硬件是可行的。試驗(yàn)結(jié)果分析5-6所示。5-6脈搏信號(hào)與相應(yīng)的方波信號(hào)我們選擇了三位同學(xué)來(lái)測(cè)試本系統(tǒng)，其結(jié)果記錄在下面的表中。其實(shí)際值由統(tǒng)計(jì)一分鐘脈搏數(shù)得出。其測(cè)試結(jié)果如下表3所示。表3 實(shí)際測(cè)試結(jié)果記錄表次數(shù)測(cè)試結(jié)果實(shí)際值誤差第一次78780%其次次791.3%第三次791.3%第四次772.6%第一次69681.5%其次次691.5%第三次680%第四次680%第一次73721.4%其次次711.4%第三次711.4%第四次720%項(xiàng)目測(cè)試者項(xiàng)目測(cè)試者一測(cè)試者二測(cè)試者三1.5V測(cè)量的誤差很小，滿足了脈搏測(cè)量精度：≤±2/分鐘。但該設(shè)計(jì)仍有很多的缺乏之處尤其對(duì)測(cè)量出的信號(hào)幅值有肯定要求，所以仍需要進(jìn)展進(jìn)一步的改進(jìn)設(shè)計(jì)?？偨Y(jié)本章依據(jù)方案設(shè)計(jì)要求，進(jìn)展了三個(gè)局部的調(diào)試，硬件調(diào)試，軟件調(diào)試，軟〔即系統(tǒng)調(diào)試中斷、外部中斷、計(jì)數(shù)等功能，不僅能顯示出此次脈搏測(cè)量的次數(shù)，還能自動(dòng)儲(chǔ)存這個(gè)數(shù)據(jù)。最終，完成了設(shè)計(jì)系統(tǒng)的調(diào)試及試驗(yàn)結(jié)果的分析。6章結(jié)論與展望測(cè)系統(tǒng)。此系統(tǒng)以低功耗單片機(jī)MSP430為核心，利用了現(xiàn)代的傳感器技術(shù)，把脈搏次數(shù)的目的。儀器便于被測(cè)量人攜帶，突破了測(cè)量空間的限制。1．依據(jù)人體脈搏波的特點(diǎn)，進(jìn)展了各種脈搏傳感器的比照，最終選用生物模擬傳感器脈搏心率感應(yīng)器。晶體，外部數(shù)字時(shí)鐘源。3．對(duì)于脈搏檢測(cè)系統(tǒng)作了一些有意義的爭(zhēng)論，探討及設(shè)計(jì)。出此次脈搏測(cè)量的次數(shù)，還能自動(dòng)儲(chǔ)存這個(gè)數(shù)據(jù)。成果，但作者認(rèn)為尚需要在以下方面進(jìn)展深入爭(zhēng)論和改進(jìn)：對(duì)于脈搏信號(hào)分析的方面，僅僅是進(jìn)展將信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖并進(jìn)展整形、計(jì)數(shù)對(duì)相關(guān)人體器官功能，得出診斷性的結(jié)論；樣才可以在實(shí)際生活中得到使用；大會(huì)消滅“削頂”現(xiàn)象；部位不能有效檢測(cè)脈搏波；傳感器的固定方式有待改進(jìn)。利用綁帶固定傳感器到手指并不能保證手指與傳感器的接觸嚴(yán)密，手指活動(dòng)會(huì)造成脈搏波形發(fā)生變化，影響信號(hào)。附錄主程序#include<msp430.h>#defineLCD_DIRP1DIR#defineLCD_OUTP1OUT#defineLCD_IN P1IN#defineLCD_SELP1SEL#defineLCD_CLKBIT4#defineLCD_DI BIT3//clk定義//di定義#defineS_CLKLCD_OUT|=LCD_CLK 端#defineS_DI LCD_OUT|=LCD_DI //置位DI端#defineR_CLKLCD_OUT&=~LCD_CLK 端#defineR_DI LCD_OUT&=~LCD_DI //復(fù)位DI端#defineDP_ON 0xef //&DP_ON方式，默認(rèn)小數(shù)點(diǎn)不顯示#defineCOL1_ON滅0xfe//第一個(gè)冒號(hào)顯示，其次個(gè)冒號(hào)熄#defineCOL2_ON滅0xfd//其次個(gè)冒號(hào)顯示，第一個(gè)冒號(hào)熄#defineCOL12_ON0xf //第一個(gè)冒號(hào)顯示，其次個(gè)冒號(hào)顯示//-------函數(shù)聲明--------unsignedcharLCD_BUF[6]; //LCD顯示緩沖區(qū)unsignedchar*lcdbufpq; 向LCD緩沖區(qū)的指針voidLcdDisp(unsignedchar*buf);unsignedcharGetCode(unsignedchardat);voidInitLCD(void);voidInitLCD1(void);voidLcdWriteB(unsignedcharDataB);unsignedintI_BUF[32];unsignedint*pt;#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintuchartable[]={“frequency:“};uchartable_num[]={“0123456789“};uintnew_cap,old_cap,cap_diff,fre,count;longavi;//---------------------------------------------------------------------------------------intmain(void){WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; //Stopwatchdogtimerold_cap=0;new_cap=0;cap_diff=0;avi=0;count=0;if(CALBC1_1MHZ==0xFF||CALDCO_1MHZ==0xFF){while(1); //Ifcalibrationconstantserased}DCOCTL=0x00;BCSCTL1=CALBC1_1MHZ; //Setrange1MHZDCOCTL =CALDCO_1MHZ; //SetDCOstep+modulation//---------端口功能設(shè)置----------/////////////為I/O模式P2DIR|=0xff;//選擇P2為輸出端P1SEL=0x04;//P1.2為外部功能，就是定時(shí)器的輸入P1DIR|=0x9a;//P1.0為比較器輸入，P1.2為定