1、數(shù)字脈搏測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)摘要：本設(shè)計(jì)以AT89C52單片機(jī)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(jī)系統(tǒng)內(nèi)部定時(shí)器來計(jì)算時(shí)間，由光敏三極管感應(yīng)產(chǎn)生脈沖，單片機(jī)通過對(duì)脈沖累加得到脈搏跳動(dòng)次數(shù)；系統(tǒng)運(yùn)行中能顯示脈搏次數(shù)，系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)，能夠顯示總的脈搏次數(shù)。 關(guān)鍵詞：光電傳感器；AT89C52單片機(jī)；脈搏測(cè)量?jī)xDesign of digital pulse meterAbstract：This project take AT89C52 monolithic integrated circuit as a core,take the infrared light emitting dio

2、de and photo transistor as sensors, and calculates time with using of the inner timer, The sensor produces pulse and the single-chip microcomputer gets the frequency by accumulating the pulses. The system could display the frequency of the pulse during operation. It can also shows the total number w

3、hen it stops. Keywords：photoelectric sensor, AT89C52 single-chip microcomputer, Pulse measurement目錄0引言：11概述11.1選題意義及背景：11.2脈搏測(cè)量?jī)x的發(fā)展及應(yīng)用：22脈搏測(cè)量?jī)x系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：22.1光電脈搏測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)：22.2工作原理：32.3光電脈搏測(cè)量?jī)x特點(diǎn)：33硬件系統(tǒng)：33.1電源電路：33.2光電傳感器電路：43.3光電信號(hào)采集電路：43.4低通放大電路：53.5波形整形電路：63.6單片機(jī)及數(shù)碼顯示電路：84軟件系統(tǒng)：94.1主流程程序圖：94.2軟件說明：105抗干擾措施及其

4、使用方法：105.1抗干擾措施：105.2電磁干擾對(duì)脈搏傳感器的影響：105.3測(cè)量?jī)x使用方法：116系統(tǒng)測(cè)試：116.1系統(tǒng)調(diào)試：116.2系統(tǒng)檢測(cè)：116.3誤差分析：12致謝：12參考文獻(xiàn)12附錄A：13附錄B：14二類特制#引言：脈搏是臨床檢查和生理研究中常見的生理現(xiàn)象，包含了反映心臟和血管狀態(tài)的重要生理信息。人體內(nèi)各器官的健康狀態(tài)、病變等信息將以某種方式顯現(xiàn)在脈搏中即在脈象中。人體脈象中富含有關(guān)心臟、內(nèi)外循環(huán)和神經(jīng)等系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)信息。通過對(duì)脈搏波檢測(cè)得到的脈波圖含有出許多有診斷價(jià)值的信息，可以用來預(yù)測(cè)人體某些器臟結(jié)構(gòu)和功能的變換趨勢(shì)，如:血管幾何形態(tài)和力學(xué)性質(zhì)的變異會(huì)引起脈搏波波形和波

5、速等性質(zhì)的改變，而脈搏的病理生理性改變常引發(fā)各種心血管事件，脈搏生理性能的改變可以先于疾病臨床癥狀出現(xiàn)，通過對(duì)脈搏的檢測(cè)可以對(duì)如高血壓和糖尿病等引起的血管病變進(jìn)行評(píng)估。同時(shí)脈搏測(cè)量還為血壓測(cè)量，血流測(cè)量及其他某些生理檢測(cè)技術(shù)提供了一種生理參考信號(hào)1。血液在人體內(nèi)循環(huán)流動(dòng)過程中，經(jīng)歷過心臟的舒張、內(nèi)臟流量的漲落、血管各端點(diǎn)的阻滯、血管內(nèi)波的折一反射以及血管壁的黏彈等過程。脈搏波不僅受到心臟狀況的影響，同時(shí)要受到內(nèi)環(huán)境調(diào)控功能器官(臟器) 狀態(tài)所需血液參數(shù)以及系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)等的影響。所以脈搏波所呈現(xiàn)出的形態(tài)、強(qiáng)度、速率和節(jié)律等方面的綜合信息富含有關(guān)心臟、內(nèi)外循環(huán)和神經(jīng)等系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)信息，很大程度上反映

6、出人體心血管系統(tǒng)中許多生理病理的血流特征。心率是動(dòng)脈所特有的現(xiàn)象，是由于心室收縮和舒張的交替進(jìn)行脈管發(fā)生周期性擴(kuò)張和回位的搏動(dòng)。心率可借手指在淺表動(dòng)脈上接觸到，在中國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中叫做切脈，經(jīng)醫(yī)學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)脈象與重要器官的功能狀態(tài)有密切關(guān)系，因此，中醫(yī)認(rèn)為切脈對(duì)疾病診斷具有重要意義。人體的脈搏波可用特制的脈搏描記器記錄下來。如主動(dòng)脈瓣是否健全，心搏節(jié)律是否正常，動(dòng)脈管的彈性如何等,都可根據(jù)脈搏波形的變化進(jìn)行診斷。脈搏診斷在臨床中有著非常廣泛的應(yīng)用，根據(jù)脈象的變化，醫(yī)生可以測(cè)知人體生理狀況，分析病變?cè)蚝透?。隨著科技的發(fā)展，對(duì)脈象進(jìn)行采集和分析的儀器應(yīng)用越來越廣泛，客觀上可以提高診脈的準(zhǔn)確性。近年來

7、，醫(yī)學(xué)與多學(xué)科綜合對(duì)脈搏的研究工作開展的比較活躍，中外多國(guó)的醫(yī)生和學(xué)者相繼的研究開發(fā)了記錄和描繪脈象的儀器和裝置，這些儀器的主要功能是描繪脈搏波形并用于臨床檢驗(yàn)，觀測(cè)。但是這些儀器裝置大多數(shù)沒有形成產(chǎn)品，也沒有廣泛的在臨床上應(yīng)用，更重要的是，這些儀器的價(jià)格普遍比較昂貴，普及的難度較大。雖然國(guó)內(nèi)外在提取脈搏圖像方面已經(jīng)開展了大量的工作，先后研制了不同種類的傳感器及測(cè)量設(shè)備以獲得脈搏波形，但是從現(xiàn)實(shí)的情況看。絕大多數(shù)的傳感器不能模擬中醫(yī)切脈來檢測(cè)脈搏信號(hào)，適用性不夠好。因此人體心率信號(hào)采集裝置仍然有研究的可行性和必要性。傳統(tǒng)的脈搏測(cè)量采用診脈方式，中醫(yī)脈象診斷技術(shù)就是脈搏測(cè)量在中醫(yī)上卓有成效的應(yīng)用

8、, 但是受人為的影響因素較大,測(cè)量精度不高。為了克服上述測(cè)量方法的不足，脈搏測(cè)試不再局限于傳統(tǒng)的人工測(cè)試法或聽診器測(cè)試法。利用血液是高度不透明的液體，光照在一般組織中的穿透性要比在血液中大幾十倍的特點(diǎn)，可通過光電傳感器對(duì)脈搏信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并通過單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)智能化的脈搏測(cè)試技術(shù)2。該設(shè)計(jì)使用方法簡(jiǎn)單，體積小，攜帶方便，能讓使用者及時(shí)的了解到心率及恢復(fù)狀況，而且可以大量的減少測(cè)量時(shí)間。也可讓病人自己可以更準(zhǔn)確的了解自己的病狀，便于及時(shí)的得到治療。1概述1.1選題意義及背景：醫(yī)院的護(hù)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(dòng)脈上，根據(jù)脈搏的跳動(dòng)進(jìn)行計(jì)數(shù)

9、。為了節(jié)省時(shí)間，一般不會(huì)作1分鐘的測(cè)量，通常是測(cè)量10秒鐘時(shí)間內(nèi)心跳的數(shù)，再把結(jié)果乘以6即得到每分鐘的心跳數(shù)，即使這樣做還是比較費(fèi)時(shí)，而且精度也不高。為了提高脈搏測(cè)量的精確與速度，多種脈搏測(cè)量?jī)x被運(yùn)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。早在1860年Vierordt 創(chuàng)建了第一臺(tái)杠桿式脈搏描記儀，國(guó)內(nèi)20世紀(jì)50年代初朱顏將脈搏儀引用到中醫(yī)脈診的客觀化研究方面。此后隨著機(jī)械及電子技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外在研制中醫(yī)脈象儀方面進(jìn)展很快，尤其是70年代中期，國(guó)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(jìn)入了一個(gè)新的境界。脈象探頭式樣很多，有單部、三

10、部、單點(diǎn)、多點(diǎn)、剛性接觸式、軟性接觸式、氣壓式、硅杯式、液態(tài)汞、液態(tài)水、子母式等組成,脈象探頭的主要原件有應(yīng)變片、壓電晶體、單晶硅、光敏元件、PVDF壓電薄膜等，其中以單部單點(diǎn)應(yīng)變片式為最廣泛，不過近年來正在向三部多點(diǎn)式方向設(shè)計(jì)3。目前脈搏測(cè)量?jī)x在多個(gè)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(cè)、妊高癥檢測(cè)、中醫(yī)脈象、脈率檢測(cè)等等，商業(yè)應(yīng)用也不斷拓展，如運(yùn)動(dòng)、健身器材中的心率測(cè)試都用到了技術(shù)先進(jìn)的脈搏測(cè)量?jī)x。1.2脈搏測(cè)量?jī)x的發(fā)展及應(yīng)用：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，脈搏測(cè)量技術(shù)也越來越先進(jìn)，對(duì)脈搏的測(cè)量精度也越來越高，國(guó)內(nèi)外先后研制了不同類型的脈搏測(cè)量?jī)x，而其中關(guān)鍵是對(duì)脈搏傳感器的研究。起

11、初用于體育測(cè)量的脈搏測(cè)試集中在對(duì)接觸式傳感器的研究，利用此類傳感器所研制的指脈、耳脈等測(cè)量?jī)x各有其優(yōu)缺點(diǎn)。指脈測(cè)量比較方便、簡(jiǎn)單，但因?yàn)槭种干系暮瓜佥^多，指夾常年使用，污染可能會(huì)使測(cè)量靈敏度下降：耳脈測(cè)量比較干凈，傳感器使用環(huán)境污染少，容易維護(hù)。但因耳脈較弱，尤其是當(dāng)季節(jié)變化時(shí)，所測(cè)信號(hào)受環(huán)境溫度影響明顯，造成測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。過去在醫(yī)院臨床監(jiān)護(hù)和日常中老年保健中出現(xiàn)的日常監(jiān)護(hù)儀器，如便攜式電子血壓計(jì)，可以完成脈搏的測(cè)量,但是這種便攜式電子血壓計(jì)利用微型氣泵加壓橡膠氣囊，每次測(cè)量都需要一個(gè)加壓和減壓的過程，存在體積龐大、加減壓過程會(huì)有不適、脈搏檢測(cè)的精確度低等缺點(diǎn)。近年來國(guó)內(nèi)外致力于開發(fā)無創(chuàng)非接

12、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。人體心室周期性的收縮和舒張導(dǎo)致主動(dòng)脈的收縮和舒張，是血流壓力以波的形式從主動(dòng)脈根部開始沿著整個(gè)動(dòng)脈系統(tǒng)傳播，這種波成為脈搏波4。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

13、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)中許多生理病理的血流特征,因此對(duì)脈搏波采集和處理具有很高的醫(yī)學(xué)價(jià)值和應(yīng)用前景5。但人體的生物信號(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)更是低頻微弱的非電生理信號(hào),因此必需經(jīng)過放大和后級(jí)濾波以滿足采集的要求6。2脈搏測(cè)量?jī)x系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：2.1光電脈搏測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)：本系統(tǒng)的組成主要包括光電傳感器電路、信號(hào)處理電路、單片機(jī)電路、數(shù)碼管顯示電路、電源電路等部分。1、光電傳感器電路即將非電量(紅外光)轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件，它由紅外發(fā)射二極管和接收三極管組成，

14、它可以將接收到的紅外光按一定的函數(shù)關(guān)系(通常是線性關(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。2、信號(hào)處理電路即處理光電傳感器采集到的低頻信號(hào)的模擬電路(包括放大、濾波、整形等)。3、單片機(jī)電路即利用單片機(jī)自身的定時(shí)中斷計(jì)數(shù)功能對(duì)輸入的脈沖電平進(jìn)行運(yùn)算得出心率（包括AT89C52、外部晶振、外部中斷等）。4、數(shù)碼顯示電路即把單片機(jī)計(jì)算得出的結(jié)果用3位LED數(shù)碼管靜態(tài)掃描來顯示，便于直接準(zhǔn)確無誤的讀出數(shù)據(jù)。5、電源電路即向光電傳感器、信號(hào)處理、單片機(jī)提供的電源，可以是5V-9V的交流或直流的穩(wěn)壓電源。2.2工作原理：本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)AT89C52為控制核心，實(shí)現(xiàn)脈搏測(cè)量?jī)x的基本測(cè)量

15、功能。脈搏測(cè)量?jī)x硬件框圖如下圖2.1所示：外部中斷信號(hào)光電傳感器低通放大器比較器和振蕩器單片機(jī)AT89C51數(shù)碼顯示電路外部晶振圖 2.1 脈搏測(cè)量?jī)x的工作原理當(dāng)手指放在紅外線發(fā)射二極管和接收三極管中間，隨著心臟的跳動(dòng)，血管中血液的流量將發(fā)生變換。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(qiáng)度發(fā)生變化，因此和心跳的節(jié)拍相對(duì)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(hào)。該信號(hào)經(jīng)放大、濾波、整形后輸出，輸出的脈沖信號(hào)作為單片機(jī)的外部中斷信號(hào)。單片機(jī)電路對(duì)輸入的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理后把結(jié)果送到數(shù)碼管顯示。2.3光電脈搏測(cè)量?jī)x特點(diǎn)：與傳統(tǒng)的脈搏測(cè)量?jī)x相比，

16、光電式脈搏測(cè)量?jī)x具有以下特點(diǎn)：1、測(cè)量的探測(cè)部分不侵入機(jī)體，不造成機(jī)體創(chuàng)傷，通常在體外。2、傳感器可重復(fù)使用且速度快，精度高。3、測(cè)試的適用電壓為5V-9V的直流電壓。4、穩(wěn)定性好、磨損小、壽命長(zhǎng)、維修方便。5、由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此體積小、重量輕、性價(jià)比優(yōu)越。6、測(cè)量的有效范圍為50次-199次/分鐘。 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7。3硬件系統(tǒng)：3.1電源電路：電路通過12V變壓器把220V的交流電變成12V的直流電，然后通過7805和7805分別把12V的直流電變成+5V和+9V的直流電輸入到電路中去，使得電路能正常工作，電源電路圖見圖3

17、.1。圖 3.1 電源電路圖3.2光電傳感器電路：傳感器由紅外發(fā)光二級(jí)管和紅外接收三極管組成。采用GaAs紅外發(fā)光二極管作為光源時(shí)，可基本抑制由呼吸運(yùn)動(dòng)造成的脈搏波曲線的漂移。紅外接收三極管在紅外光的照射下能產(chǎn)生電能，它的特性是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。在本設(shè)計(jì)中，紅外接收三極管和紅外發(fā)射二極管相對(duì)擺放以獲得最佳的指向特性8。從光源發(fā)出的光除被手指組織吸收以外，一部分由血液漫反射返回，其余部分透射出來。光電式脈搏傳感器按照光的接收方式可分為透射式和反射式兩種。其中透射式的發(fā)射光源與光敏接收器件的距離相等并且對(duì)稱布置，接收的是透射光，這種方法可較好地反映出心律的時(shí)間關(guān)系。因此本系統(tǒng)采用了透射型光電傳

18、感器, 實(shí)現(xiàn)了光電隔離,減少了對(duì)后級(jí)模擬電路的干擾。隨著心臟的搏動(dòng)，人體組織半透明度隨之改變：當(dāng)血液送到人體組織時(shí)，組織的半透明度減小，當(dāng)血液流回心臟，組織半透明度則增大；這種現(xiàn)象在人體組織較薄的手指尖、耳垂等部位最為明顯。因此本設(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(hào)。由于手指動(dòng)脈血在血液循環(huán)過程中呈周期性的脈動(dòng)變化，所以它對(duì)光的反射和衰減也是周期性脈動(dòng)的, 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。故只要把此電信號(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)出脈搏的次數(shù)。結(jié)構(gòu)

19、如圖3.2所示。圖 3.2 透射式光電傳感器3.3光電信號(hào)采集電路：圖3.3是脈搏信號(hào)的采集電路，D1和Q4是紅外發(fā)射和接收裝置，由于紅外發(fā)射二極管中的電流越大，發(fā)射角度越小，產(chǎn)生的發(fā)射強(qiáng)度就越大，所以對(duì)R1阻值的選取要求較高。R1選擇220同時(shí)也是基于紅外接收三極管感應(yīng)紅外光靈敏度考慮的。R1過大，通過紅外發(fā)射二極管的電流偏小，紅外接收三極管無法區(qū)別有脈搏和無脈搏時(shí)的信號(hào)。反之，R1過小，通過的電流偏大，紅外接收三極管也不能準(zhǔn)確地辨別有脈搏和無脈搏時(shí)的信號(hào)。當(dāng)手指離開傳感器或檢測(cè)到較強(qiáng)的干擾光線時(shí)，輸入端的直流電壓會(huì)出現(xiàn)很大變化，為了使它不致泄露到U1輸入端而造成錯(cuò)誤指示，用C3、C5串聯(lián)組

20、成的雙極性耦合電容把它隔斷。當(dāng)手指處于測(cè)量位置時(shí)，會(huì)出現(xiàn)二種情況：一是無脈期。雖然手指遮擋了紅外發(fā)射二極管發(fā)射的紅外光，但是由于紅外接收三極管中存在暗電流，會(huì)造成輸出電壓略低。二是有脈期。當(dāng)有跳動(dòng)的脈搏時(shí)，血脈使手指透光性變差，紅外接收三極管中的暗電流減小，輸出電壓上升。但該傳感器輸出信號(hào)的頻率很低，如當(dāng)脈搏只有為50次/分鐘時(shí)，只有0.78Hz，200次/分鐘時(shí)也只有3.33Hz，因此信號(hào)首先經(jīng)R2、C8濾波以濾除高頻干擾，再由耦合電容C3、C5加到線性放大輸入端。圖 3.3 光電信號(hào)采集電路3.4低通放大電路：LM324 是四運(yùn)放集成電路見圖3.4，它采用14腳雙列直插塑料封裝.它的內(nèi)部包

21、含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖五所示的符號(hào)來表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相同。LM324 的引腳排列見圖3.5。 圖 3.4 運(yùn)算放大器 圖 3.5 LM324引腳圖由于LM324 四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。按人體脈搏在運(yùn)動(dòng)后跳

22、動(dòng)次數(shù)達(dá)200次/分鐘的計(jì)算來設(shè)計(jì)低通放大器，如圖3.6所示。R6、C1組成低通濾波器以進(jìn)一步濾除殘留的干擾，截止頻率由R6、C1決定，運(yùn)放U1將信號(hào)放大，放大倍數(shù)由R6和R15的比值決定。圖 3.6 低通放大電路根據(jù)一階有源濾波電路的傳遞函數(shù)，可得：放大倍數(shù)為：截止頻率為：按人體的脈搏跳動(dòng)為200次/分鐘時(shí)的頻率是3.3 Hz考慮，低頻特性是令人滿意的。經(jīng)過低通放大后輸出的信號(hào)是疊加有噪聲的脈動(dòng)正弦波。波形如圖3.7所示。圖 3.7帶有噪聲的脈搏正弦波3.5波形整形電路：波形整形電路如圖3.8所示，U2是一個(gè)電壓比較器，C6、R8構(gòu)成一個(gè)微分器，U3和C2、R7組成單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，其脈寬由

23、C2、R7決定。該比較器的閥值電壓可用R17調(diào)節(jié)在正弦波的幅值范圍內(nèi)，但是對(duì)R17的調(diào)節(jié)要求并不嚴(yán)格，因?yàn)閁2的輸出信號(hào)（波形如圖3.9）經(jīng)C6、R8的微分后總是將正、負(fù)相間的尖脈沖（波形如圖3.10）加到單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器U3的反向輸入端，不會(huì)造成很大的觸發(fā)誤差。當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí)，U3在比較器輸入信號(hào)的每個(gè)后沿到來時(shí)輸出高電平，使C2通過R7充電。大約持續(xù)20ms之后，因C2充電電流減小而使U3同相輸入端的電位降低到低于反相輸入端的電位（尖脈沖已過去很久），于是U3改變狀態(tài)并再次輸出低電平。這長(zhǎng)的脈沖是與脈搏同步的，并由紅色發(fā)光二極管D2的閃亮指示出來。即發(fā)光二極管作脈搏測(cè)量狀態(tài)顯示，脈搏每跳動(dòng)

24、一次發(fā)光二極管就亮一次。同時(shí)，該脈沖電平通過R19送到單片機(jī)/INT0腳，進(jìn)行對(duì)心率的計(jì)算和顯示。輸出波形如圖3.11所示。圖 3.8 波形整形電路經(jīng)過比較器U2的輸出波形：圖 3.9 經(jīng)過比較器輸出的波形經(jīng)過微分器輸出的波形：圖 3.10 經(jīng)過微分器輸出的波形單片機(jī)接收到的信號(hào)：圖 3.11 單片機(jī)接收到的信號(hào)3.6單片機(jī)及數(shù)碼顯示電路：AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置

25、通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用9。單片機(jī)及設(shè)計(jì)及數(shù)碼顯示電路如圖3.12。圖 3.12 單片機(jī)及數(shù)碼顯示電路本設(shè)計(jì)的顯示采用LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描來顯示。一個(gè)3位的共陽極LED數(shù)碼管組成3位顯示，數(shù)碼管顯示測(cè)量中的脈搏次數(shù)，單片機(jī)的P0口控制顯示字型，P2口控制顯示字位。顯示電路如上圖所示。4軟件系統(tǒng)：4.1主流程程序圖：系統(tǒng)主程序控制單片機(jī)系統(tǒng)按預(yù)定的操作方式運(yùn)行, 它是單片機(jī)系統(tǒng)程序的框架。系統(tǒng)上電后,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。初始化程序主要完成對(duì)單片機(jī)內(nèi)專用寄存器、定時(shí)器工作方式及各端口的工作狀態(tài)的設(shè)定。系統(tǒng)初始化之后, 進(jìn)行定時(shí)器中斷、外部

26、中斷、顯示等工作，不同的外部硬件控制不同的子程序。流程如圖4.1所示。開始初始化開中斷顯示程序圖 4.1 主程序流程圖具體的步驟圖4.2所示： 是否開始開定時(shí)器0，開中斷0計(jì)數(shù)中斷跳變計(jì)數(shù)器+15s？換算顯示結(jié)束圖 4.2 程序流程圖4.2軟件說明：本程序采用C語言，程序的可讀性非常好。程序中對(duì)前一次測(cè)量的脈搏數(shù)據(jù)進(jìn)行了自動(dòng)保存，并且用數(shù)碼顯示。程序在執(zhí)行過程若發(fā)現(xiàn)有干擾則忽略該干擾而不顯示，進(jìn)一步減少讀入數(shù)據(jù)的誤差。5抗干擾措施及其使用方法：5.1抗干擾措施： 為了提高測(cè)量?jī)x的精確度，系統(tǒng)首先要解決的是硬件方面的干擾問題。光電式脈搏測(cè)量?jī)x的測(cè)量過程中，前端測(cè)量到的脈搏信號(hào)十分微弱，容易受到外

27、界環(huán)境干擾，其中主要的干擾源有測(cè)量環(huán)境光干擾、電磁干擾、測(cè)量運(yùn)動(dòng)噪聲10。 5.2電磁干擾對(duì)脈搏傳感器的影響：通過光電轉(zhuǎn)換得到的包含脈搏信息的電信號(hào)一般比較微弱，容易受到外界電磁信號(hào)的干擾，在傳統(tǒng)的光電式脈搏傳感器電路中，由于光敏器件和放大電路是分離的，那么在信號(hào)的傳遞過程就很容易受到外界電磁干擾，通常在一級(jí)放大電路采用電磁屏蔽的方式來消除電磁干擾11。本系統(tǒng)采用了新型的光敏器件，在芯片內(nèi)部集成光敏器和一級(jí)放大電路，有效地抑制了外界電磁信號(hào)對(duì)原始脈搏信號(hào)的干擾。 工頻干擾是電路中最常見的干擾，脈搏信號(hào)變化緩慢，特別容易受到工頻信號(hào)的干擾，因此對(duì)工頻信號(hào)干擾的抑制是保證脈搏信號(hào)測(cè)量精度的主要措施

28、之一12。通常脈搏信號(hào)的頻率范圍在0.330Hz之間，小于工頻50Hz，因此通過低通濾波器可以有效濾除工頻干擾，這在信號(hào)調(diào)理電路中容易實(shí)現(xiàn)；同時(shí)可以在控制電路中對(duì)光源進(jìn)行脈沖調(diào)制，這樣不但能夠降低系統(tǒng)的功耗，而且能夠在一定程度上減小外界的電磁干擾，在脈搏信號(hào)數(shù)據(jù)采集后，可以通過數(shù)據(jù)處理法方法進(jìn)一步濾除工頻信號(hào)的干擾。5.3測(cè)量?jī)x使用方法：測(cè)量?jī)x通電后，數(shù)碼管全部顯示0。把手輕輕置于左下角的傳感器中，以稍微有壓迫感為宜，這時(shí)很快就可以看到紅色發(fā)光二極管會(huì)伴隨你的脈搏而閃爍，讓你直觀的看到自己脈搏跳動(dòng)的速度，按下復(fù)位鍵后單片機(jī)和顯示部分開始工作，單片機(jī)立刻開始計(jì)數(shù)，同時(shí)數(shù)碼管顯示出你的心率，非常方

29、便。如果偶爾出現(xiàn)不穩(wěn)的情況，請(qǐng)按復(fù)位鍵對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位13。6系統(tǒng)測(cè)試：6.1系統(tǒng)調(diào)試：根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，本系統(tǒng)的調(diào)試可分為兩大部分：模擬部分和純MCU部分。由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用模塊化設(shè)計(jì)，所以方便了對(duì)各電路功能模塊的逐級(jí)測(cè)試。斷開兩部分的連接點(diǎn)，先調(diào)試MCU部分。試著輸入一系列脈沖（用適當(dāng)?shù)碾娮杞诱龢O，間斷性地輸入），觀察MCU部分能是否能顯示；模擬部分用不透明的筆在紅外發(fā)射二極管和接收三級(jí)管之間搖擺，借助示波器觀察波形效果如何。單片機(jī)軟件先在最小系統(tǒng)板上調(diào)試，確保工作正常之后，再與硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。最后將各模塊組合后進(jìn)行整體測(cè)試，使系統(tǒng)的功能得以實(shí)現(xiàn)14。1、放大倍數(shù)的增加 傳感器的輸出端經(jīng)示波

30、器觀察有幅度很小的正弦波，但經(jīng)整形輸出后檢測(cè)到的脈沖還是很弱，在確定電路沒有問題的情況下，加強(qiáng)信號(hào)的放大倍數(shù)，調(diào)整電阻R6和R15的阻值。2、開機(jī)后無顯示首先檢查交流電源部分，有無交流，若無則可能保險(xiǎn)管或變壓器燒壞，如有繼續(xù)查直流有無，如無則電源已燒壞，可更換解決。3、顯示正常但經(jīng)適當(dāng)運(yùn)動(dòng)后測(cè)量，脈搏次數(shù)沒有增加可能是前置放大級(jí)有問題，可采用更換的辦法判斷并排除。4、進(jìn)人測(cè)量狀態(tài), 但測(cè)量值不穩(wěn)定主要是光電傳感器受到電磁波等干擾，其次是損壞或有虛焊。5、開機(jī)后顯示不正?；虬存I失靈可查手指擺放的位置或按鍵電路，若無故障則是硬件損壞。6、源的改變理論上模擬部分有三處電壓應(yīng)為9V，但經(jīng)過測(cè)試，全部使

31、用5V電壓也是可行的。6.2系統(tǒng)檢測(cè)：系統(tǒng)上電后測(cè)量中顯示的數(shù)據(jù)，如圖6.1所示：圖 6.16.3誤差分析：實(shí)際的脈搏次數(shù)測(cè)量得出脈搏次數(shù)1測(cè)量得出脈搏次數(shù)2測(cè)量得出脈搏次數(shù)3測(cè)量得出脈搏次數(shù)4測(cè)量得出脈搏次數(shù)5656464636563727071696970767675757473818080798180858383858284注：實(shí)際的脈搏次數(shù)以聽診器測(cè)出的脈搏次數(shù)為參考值15。由于傳感器和其他器件本身并非理想線性，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了線性補(bǔ)償。由均方差公式得：誤差分析：經(jīng)校準(zhǔn)，非線性補(bǔ)償后，誤差已基本達(dá)到要求。致謝：通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我動(dòng)手、思考和解決問題的能力。我覺得做畢業(yè)設(shè)計(jì)同時(shí)也是

32、對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，平時(shí)看課本時(shí)，有時(shí)問題老是弄不懂，做完設(shè)計(jì)，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。平時(shí)看課本，這次看了，下次就忘了，主要是因?yàn)闆]有動(dòng)手實(shí)踐過吧，認(rèn)識(shí)來源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。作為畢業(yè)的學(xué)生，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，確實(shí)從中學(xué)到了很多的知識(shí)。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)方面，打破了以往單純?yōu)榻鉀Q問題的觀念，樹立了良好的項(xiàng)目設(shè)計(jì)思想。在內(nèi)容設(shè)計(jì)方面，比較深入的學(xué)習(xí)了單片機(jī)方面的知識(shí)，補(bǔ)充了自己知識(shí)上的不足，更重要的是給自己找到了一個(gè)發(fā)展的方向。同時(shí)通過這次的課程設(shè)計(jì)不僅收獲知識(shí)還收獲快樂。這過程中我受到了張政才老師的精心指導(dǎo)和幫助，在這里我衷心的感謝

33、張老師。參考文獻(xiàn)1 歐陽俊，謝定等基于BL-410 的指端脈搏波采集系統(tǒng)應(yīng)用研究J實(shí)用預(yù)防醫(yī)學(xué)，2004，第11卷第2期，242 韓文波，曹維國(guó)，張精慧光電式脈搏波監(jiān)測(cè)系統(tǒng)J長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械學(xué)院學(xué)報(bào)，1999，第22卷第4期，23 朱國(guó)富，廖明濤，王博亮袖珍式脈搏波測(cè)量?jī)xJ電子技術(shù)應(yīng)用，1998，第1期，134 劉云麗，徐可欣等微功耗光電式脈搏測(cè)量?jī)xJ電子測(cè)量技術(shù)，2005，第2期，255 程詠梅，夏雅琴，尚嵐人體脈搏波信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)J北京生物醫(yī)學(xué)工程，2006，第25卷第5期，136 劉文，楊欣，張鎧麟基于AT89C2051單片機(jī)的指脈檢測(cè)系統(tǒng)的研究J醫(yī)療裝備，2005，第9期，2147 郁道

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