1、,脈搏心率計(jì),廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程學(xué)院,CONTENTS,1,4,2,5,3,研究背景,總結(jié),模塊選擇,參考文獻(xiàn),總體設(shè)計(jì),RESEARCH BACKGROUNDS,MODULE CHOICE,THE OVERALL DESIGN,CONCLUSION,REFERENCE,1,研究背景,RESEARCH BACKGROUNDS,主題研究 RESEARCH TOPIC,本設(shè)計(jì)由STC89C52、LCD1602、光電傳感器、運(yùn)放等構(gòu)成，脈搏測(cè)量的時(shí)候需要人把手輕輕的按在光電傳感器上面，由于人脈搏跳動(dòng)的時(shí)候，血液的透光性不一樣會(huì)導(dǎo)致接收器那邊接收的信號(hào)強(qiáng)弱不一樣，間接的把人脈搏信號(hào)傳回，通

2、過運(yùn)放對(duì)其進(jìn)行放大、整形后連接到單片機(jī)的IO口，單片機(jī)利用外部中斷對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)，最終換算成人一分鐘脈搏的跳動(dòng)次數(shù)，最終顯示在液晶屏上。,國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀,近年來國(guó)內(nèi)外致力于開發(fā)無創(chuàng)非接觸式的傳感器，這類傳感器的重要特征是測(cè)量的探測(cè)部分不侵入機(jī)體，不造成機(jī)體創(chuàng)傷，能夠自動(dòng)消除儀表自身系統(tǒng)的誤差，測(cè)量精度高，通常在體外，尤其是在體表間接測(cè)量人體的生理和生化參數(shù)。 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(duì)手指末端透光度的監(jiān)測(cè)，間接檢測(cè)出脈搏信號(hào)。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無損傷、精度高、可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。通過光電式脈搏傳感器所研制的脈搏測(cè)量?jī)x已經(jīng)應(yīng)用到臨床醫(yī)學(xué)等各個(gè)方面并收到了理想效果。,1,研究

3、背景,RESEARCH BACKGROUNDS,關(guān)鍵詞：STC89C52、光電傳感器 、脈搏、LCD顯示器,研制一種面向家庭和社區(qū)醫(yī)療服務(wù)的，能夠?qū)θ梭w動(dòng)脈硬化的程度和其他心血管健康狀況進(jìn)行無創(chuàng)檢測(cè)的儀器，讓更多的人對(duì)自己的心血管健康狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)的了解，對(duì)心血管疾病能夠及早的發(fā)現(xiàn)和進(jìn)行預(yù)防。,1,研究背景,RESEARCH BACKGROUNDS,關(guān)鍵,STC89C52,1,研究背景,RESEARCH BACKGROUNDS,STC89C52,STC89C52是一種低功耗、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

4、，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。,1,研究背景,RESEARCH BACKGROUNDS,光電傳感器,1,研究背景,RESEARCH BACKGROUNDS,光電傳感器,光電傳感器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一種器件。其工作原理基于光電效應(yīng)。光電效應(yīng)是指光照射在某些物質(zhì)上時(shí)，物質(zhì)的電子吸收光子的能量而發(fā)生了相應(yīng)的電效應(yīng)現(xiàn)象。,1,研究背景,RESEARCH BACKGROUNDS,脈搏,1,研究背景,RESEARCH BACKGROUNDS,脈搏,脈搏為人體表可觸摸到的動(dòng)脈搏動(dòng)。血液經(jīng)由心臟的左心室收縮而擠壓流入主動(dòng)脈，隨即傳遞到全身動(dòng)脈。動(dòng)脈為富有彈性

5、的結(jié)締組織與肌肉所形成管路。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,研究背景,RESEARCH BACKGROUNDS,LCD顯示器,1,研究背景,RESEARCH BACKGROUNDS,LCD顯示器,LCD顯示器，為平面超薄的顯示設(shè)備，它由一定數(shù)量的彩色或黑白像素組成，放置于光源或者反射面前方。LCD顯示器功耗很低，因此倍受工程師青睞，適用于使用電池的電子設(shè)備。它的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點(diǎn)、線、面配合背部燈管構(gòu)成畫面。,1,研究背景,RESEARCH BACKGROUNDS,1,2,3,通過比較論證方案選擇合適的單片機(jī)

6、作為核心處理器,主控模塊,通過比較論證方案選擇合適的傳感器,傳感器模塊,通過比較論證方案選擇合適的顯示器件作為顯示模塊,顯示模塊,2,模塊選擇,MODULE CHOICE,A,2,模塊選擇,MODULE CHOICE,主控模塊的選型和論證,采用MSP430系列單片機(jī)，MSP430系列單片機(jī)是美國(guó)德州儀器（TI）1996年開始推向市場(chǎng)的一種16位超低功耗、具有精簡(jiǎn)指令集（RISC）的混合信號(hào)處理器（Mixed Signal Processor）。其內(nèi)部集成了很多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器，提供強(qiáng)大的功能。不過該芯片昂貴不適合一般的設(shè)計(jì)開發(fā)，并且工作電壓偏低，只有一次熔絲位燒錄，I/O無保護(hù)，過

7、壓過流會(huì)立即擊穿，片內(nèi)無EEPROM，對(duì)于一些特殊用途，Info區(qū)的操作比EEPROM麻煩。,方案一：,B,2,模塊選擇,MODULE CHOICE,主控模塊的選型和論證,方案二：,采用51系列的單片機(jī)，該系列單片機(jī)是一個(gè)高可靠性，超低價(jià)，無法解密，高性能的8位單片機(jī)，32個(gè)IO口，且STC系列的單片機(jī)可以在線編程、調(diào)試，方便地實(shí)現(xiàn)程序的下載與整機(jī)的調(diào)試，并且具有加密性強(qiáng),很難解密或破解，超強(qiáng)抗干擾，超低功耗等優(yōu)點(diǎn)，具有三大降低單片機(jī)時(shí)鐘對(duì)外部電磁輻射的措施。,2,模塊選擇,MODULE CHOICE,主控模塊的選型和論證,比較以上方案，綜合考慮單片機(jī)的各部分資源，因此選用方案二中的51系列單

8、片機(jī)作為主控芯片。,最終選擇方案：,A,2,模塊選擇,MODULE CHOICE,顯示模塊的選型和論證,采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對(duì)于顯示文字比較合適，如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費(fèi)，且價(jià)格也相對(duì)較高，所以不用此種作為顯示。,方案一：,B,2,模塊選擇,MODULE CHOICE,顯示模塊的選型和論證,方案二：,采用LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描，LED數(shù)碼管價(jià)格雖適中，對(duì)于顯示數(shù)字也最合適，而且采用動(dòng)態(tài)掃描法與單片機(jī)連接時(shí)，占用單片機(jī)口線少。但是由于數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描需要借助74LS164移位寄存器進(jìn)行移位，該芯片在電路調(diào)試時(shí)往往有很多障礙，所以不采用LED數(shù)碼管作為顯示

9、。,2,模塊選擇,MODULE CHOICE,顯示模塊的選型和論證,C,方案三：,采用LCD液晶顯示屏，液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大，可顯示大量文字，圖形，顯示多樣，清晰可見，對(duì)于本設(shè)計(jì)而言一個(gè)LCD1602的液晶屏即可，價(jià)格也還能接受，需要的借口線較多，但會(huì)給調(diào)試帶來諸多方便。,2,模塊選擇,MODULE CHOICE,顯示模塊的選型和論證,所以本設(shè)計(jì)中選擇方案三中的LCD1602液顯示屏作為顯示模塊。,最終選擇方案：,A,2,模塊選擇,MODULE CHOICE,傳感器模塊的選型和論證,采用壓電傳感器用來提取人的脈搏信號(hào)，壓電傳感器是利用某些電介質(zhì)受力后產(chǎn)生的壓電效應(yīng)制成的傳感器。所謂壓電效應(yīng)

10、是指某些電介質(zhì)在受到某一方向的外力作用而發(fā)生形變（包括彎曲和伸縮形變）時(shí)，由于內(nèi)部電荷的極化現(xiàn)象，會(huì)在其表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象。通過此現(xiàn)象可以提取出人的脈搏信號(hào)。,方案一：,B,2,模塊選擇,MODULE CHOICE,傳感器模塊的選型和論證,方案二：,采用光電傳感器提取人體脈搏信號(hào)，授予手指組織可以分成皮膚、肌肉、骨骼等非血液組織和血液組織，其中非血液組織的光吸收量是恒定的，而在血液中，靜脈血的搏動(dòng)相對(duì)動(dòng)脈血是十分微弱的，可以忽略，因此可以認(rèn)為光透過手指后的變化僅由動(dòng)脈血的充盈而引起，那么在恒定波長(zhǎng)的光源的照射下，通過檢測(cè)透過手指的光強(qiáng)將可以間接測(cè)量到人體的脈搏信號(hào)。,2,模塊選擇,MODULE

11、 CHOICE,傳感器模塊的選型和論證,由于光電傳感器較壓電傳感器容易在一般的地方可以買得到，因此這里選用方案二的光電傳感器來提取人體脈搏信號(hào)。,最終選擇方案：,主要測(cè)量原理,本設(shè)計(jì)將紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生的紅外線照射到人體手指部位，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極管來接收其透射光并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。由于手指動(dòng)脈血在血液循環(huán)過程中呈周期性脈動(dòng)變化，所以它對(duì)光的反射和衰減也是周期性脈動(dòng)，于是紅外接收三極管輸出信號(hào)的變化也就反映了動(dòng)脈血的脈動(dòng)變化。只要把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖并進(jìn)行整形、計(jì)數(shù)和顯示，即可實(shí)時(shí)的測(cè)出心臟跳動(dòng)的次數(shù)。,3,總體設(shè)計(jì),THE OVERALL DESIGN,系統(tǒng)總體框圖

12、,3,總體設(shè)計(jì),THE OVERALL DESIGN,系統(tǒng)整體原理圖,3,總體設(shè)計(jì),THE OVERALL DESIGN,4,總結(jié),CONCLUSION,本設(shè)計(jì)是研究了基于51系列單片機(jī)為核心的脈搏心率計(jì)，設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)為工作處理器核心，利用光電傳感器等模塊完成設(shè)計(jì)。 本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)模擬電路簡(jiǎn)單，由STC89C52芯片實(shí)現(xiàn)脈搏信號(hào)采集，信號(hào)處理，脈搏計(jì)數(shù)等功能，因此體積小，功耗低，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。 脈搏心率計(jì)在將來肯定會(huì)得到更為普遍的應(yīng)用以及更加強(qiáng)大齊全的功能。進(jìn)一步為人們的身體健康、醫(yī)療服務(wù)、體育運(yùn)動(dòng)、日常生活提供更好更方便的服務(wù)。,參考文獻(xiàn),1 熊茂華等.ARM9嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)應(yīng)用.清華大學(xué)出版社，2008.1 2 熊茂華等.ARM體系結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計(jì).清華大學(xué)出版社，2009.5 3 楊震倫、熊茂華.嵌入式操作系統(tǒng)及編程.清華大學(xué)出版社，2009.5 4 熊茂華等.嵌入式Linux實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)及應(yīng)用編程.清華大學(xué)出版社，2011.5 5 熊茂華等.嵌入式Linux C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)與實(shí)踐.清華大學(xué)出版社，2010.5 6 熊茂華等等著. 嵌入式應(yīng)用項(xiàng)目設(shè)計(jì)與開發(fā)典型案例詳解. 清華大學(xué)出版社，2012.9 7 熊茂華等著.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用開發(fā).西安電子科技大學(xué)出版社，2012.8 8 王立端，楊雷等編，基于GPR