基于單片機(jī)的心率計(jì)設(shè)計(jì)講解

1、鍵入文字 請(qǐng)?jiān)诖颂幏胖脤W(xué)校 LOGO！ 基于單片機(jī)的心率計(jì)設(shè)計(jì) 學(xué)院： 專業(yè)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 2013 年月日 目錄 摘要 3 第一章 引言 4 1.1 心率計(jì)的研究背景和意義 4 1.2 心率計(jì)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài) 4 第二章 方案論證及元器件選擇 . 5 2.1 研究?jī)?nèi)容及設(shè)計(jì)指標(biāo) 5 2.2 方案設(shè)計(jì)與論證 5 2.2.1 傳感器的選擇與論證 5 2.2.2 信號(hào)處理方案選擇和論證 7 2.2.3 單片機(jī)系統(tǒng)選擇和論證 8 2.2.4 顯示模塊選擇和論證 9 2.3 元器件選擇及其功能介紹 9 2.3.1 單片機(jī) AT89S52 9 2.3.2 紅外傳感器 11 2.3.3 雙運(yùn)算放大

2、器 LM358N 11 2.3.4 LCD1602 12 第三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 13 3.2 信號(hào)采集電路 14 3.3 信號(hào)放大電路 15 3.4 信號(hào)比較電路 17 3.5 LCD 顯示電路 18 3.7 鍵盤電路 19 第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 4.1 測(cè)量計(jì)算原理 20 4.2 主程序流程圖 20 4.3 中斷程序流程圖 21 4.4 定時(shí)器 T0，T1的中斷服務(wù)程序 21 第五章 系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果分析 22 5.1 測(cè)試方法和儀器 22 5.2 仿真與焊接階段 23 5.2.1 仿真階段 23 5.2.2 焊接與完成階段 23 5.3 測(cè)試數(shù)據(jù)與結(jié)果分析

3、25 5.3.1 測(cè)量結(jié)果與分析 25 5.3.2 幾種主要系統(tǒng)干擾和影響 27 結(jié)束語 28 參考文獻(xiàn) 29 附錄一：系統(tǒng)仿真圖 附錄二：系統(tǒng)原理圖和 PCB 附錄三：源程序 基于單片機(jī)的心率計(jì)設(shè)計(jì) 摘要：在社會(huì)飛速發(fā)展的今天，人們的物質(zhì)文化生活得到了極大的提高，但同時(shí) 多種疾病威脅著人們的生命；而心臟病又是人們難以預(yù)防的突發(fā)致命疾病，所以健 康也被越來越多的人所重視。本設(shè)計(jì)要解決的問題就是可以測(cè)量心率、預(yù)防心臟病 等心臟方面疾病的數(shù)字心率計(jì)。 便攜式數(shù)字人體心率計(jì)運(yùn)用 AT89S52單片機(jī)作為核心控制處理單元，采用紅外 傳感器作為傳感器，運(yùn)用軟件和硬件雙重濾波技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)人體心率信號(hào)的準(zhǔn)確

4、檢 測(cè)。測(cè)量范圍限可以用按鍵調(diào)節(jié)，并進(jìn)行聲音報(bào)警，傳感器可以放在身體脈搏明顯 的任何部位，測(cè)量結(jié)果以數(shù)字方式方式顯示，測(cè)量精確到 2次/ 分。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)， 本心率計(jì)已經(jīng)基本達(dá)到題目要求部分的全部指標(biāo)。 關(guān)鍵字 ： 心率計(jì)，紅外傳感器，單片機(jī) AT89S52， LM358 第一章 引言 1.1 心率計(jì)的研究背景和意義 伴隨著全球科技與經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展與進(jìn)步，關(guān)愛生命與健康已成為人類的共同 追求。心腦血管疾病是危害人類生命和健康的最主要的疾病。每年因心腦血管疾病 致死的人數(shù)位居人類死亡總數(shù)的首位，耗費(fèi)的醫(yī)療費(fèi)用居高不下，給家庭和社會(huì)造 成巨大負(fù)擔(dān) 1 。近年來，由于飲食習(xí)慣不合理、生活節(jié)奏加快等原

5、因，心腦血管疾 病的發(fā)病率更是呈逐年上升的趨勢(shì)。如何科學(xué)的降低心腦血管疾病的發(fā)病率和死亡 率，有效的減輕心腦血管疾病帶來的社會(huì)和家庭負(fù)擔(dān)，已經(jīng)成為全社會(huì)所面臨的一 個(gè)十分嚴(yán)峻問題。 今天，越來越多的人已認(rèn)識(shí)到健康生活方式和疾病預(yù)防的重要性，對(duì)擁有日常 家庭化和個(gè)性化的健康監(jiān)測(cè)和疾病預(yù)防手段的需求也日益增大。在脈搏波研究方 面，國內(nèi)外已經(jīng)出現(xiàn)了眾多的技術(shù)和理論，基于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)，利用脈搏波對(duì)人體 心血管健康進(jìn)行無創(chuàng)檢測(cè)的方法和儀器不斷涌現(xiàn)?，F(xiàn)在的任務(wù)是既要對(duì)脈搏波的檢 測(cè)分析及對(duì)心血管健康檢測(cè)應(yīng)用方面做進(jìn)一步研究，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)

6、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。 基于上述現(xiàn)狀和背景，不難發(fā)現(xiàn)：心血管功能檢測(cè)新技術(shù)、新方法的研究以及 心血管功能監(jiān)測(cè)類家用電子醫(yī)療保健儀器的開發(fā)已刻不容緩。它不僅能滿足當(dāng)前的 醫(yī)療保健急需，也能為維持和發(fā)展我國家用數(shù)字醫(yī)療事業(yè)，為推行實(shí)施國家“家庭 醫(yī)療保健工程”做出積極和長(zhǎng)久的貢獻(xiàn) 2 。 1.2 心率計(jì)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài) 自上世紀(jì) 80 年代以來，基于血流動(dòng)力流變學(xué)和彈性腔理論的無創(chuàng)傷血管功能檢 測(cè)方法的研究逐漸受到廣泛的關(guān)注。很多不同學(xué)科的研究員與醫(yī)學(xué)家合作，研究出 各種應(yīng)用型人體心率傳感器，有單部、三部、液

7、態(tài)水、子母式單點(diǎn)，多點(diǎn)，氣壓式、 硅杯式、軟性接觸式、剛性接觸式等，組成脈搏傳感器的主要部件有壓電晶體、單 晶硅、陶瓷應(yīng)變片、光敏組件、 pvdf 壓電薄膜等，其中以單部單點(diǎn)應(yīng)變片式應(yīng)用最 為廣泛。 到目前，用于評(píng)價(jià)大動(dòng)脈的結(jié)構(gòu)和方法已有很多。血管造影和其他造影技術(shù)等 有創(chuàng)方法可精確評(píng)價(jià)動(dòng)脈管腔或分心動(dòng)脈壁結(jié)構(gòu)。但是這些方法操作復(fù)雜，費(fèi)用高 昂，需要非常精密的技術(shù)設(shè)備，限制了其只能在大型臨床研究中應(yīng)用，另外，還有 一些其他的無創(chuàng)方法，這些主要根據(jù)超聲技術(shù)和計(jì)算機(jī)分析圖像和超聲信號(hào)，來研 究某些動(dòng)脈軸和位點(diǎn)的功能和結(jié)構(gòu)，這些相對(duì)復(fù)雜的技術(shù)僅用于某些臨床研究實(shí)驗(yàn) 室。在無創(chuàng)方法中，脈搏波速度的檢測(cè)

8、已經(jīng)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)動(dòng)脈壁擴(kuò) 張性和硬度。該方法無創(chuàng)傷，操作簡(jiǎn)單、結(jié)果準(zhǔn)確、重復(fù)性好，因此被廣泛應(yīng)用于 大型治療和流行病學(xué)研究當(dāng)中，并且，該方法非常適合于向家庭和社區(qū)醫(yī)療服務(wù)推 廣。國外，諸如法國研制生產(chǎn)的康普樂儀、日本科林公司的動(dòng)脈硬化檢測(cè)儀等就是 利用此種方法，并在歐美國家得到廣泛的普及，國內(nèi)也有醫(yī)院引進(jìn)了這種設(shè)備，但 是價(jià)格昂貴 78 。國內(nèi)也有多家單位開始了此類設(shè)備的研究，在 2007 年，也有類似 的產(chǎn)品相繼上市。但是，這些儀器均被應(yīng)用在大型醫(yī)療機(jī)構(gòu)中，成本高，檢測(cè)費(fèi)用 高，功能局限于檢測(cè)，不能滿足患者隨時(shí)隨地的檢測(cè)的需要。 第二章 方案論證及元器件選擇 2.1 研究?jī)?nèi)容及

9、設(shè)計(jì)指標(biāo) 研究?jī)?nèi)容： 便攜式數(shù)字人體心率計(jì)運(yùn)用 AT89S52 單片機(jī)作為核心控制處理單元， 采用紅外 傳感器作為傳感器，運(yùn)用軟件和硬件雙重濾波技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)人體心率信號(hào)的準(zhǔn)確檢 測(cè)，最終以數(shù)值形式顯示在 LCD 上。 本課題開發(fā)一款低功耗、便攜式數(shù)字心率計(jì)，具體要求如下： (1) 實(shí)時(shí)顯示被測(cè)者心率值，并顯示； (2) 可用按鍵設(shè)置正常心率的范圍，超過這個(gè)范圍，進(jìn)行報(bào)警提示。 2.2 方案設(shè)計(jì)與論證 2.2.1 傳感器的選擇與論證 (1) 壓電式 壓電式傳感器的檢測(cè)方法是利用壓力傳感器或振動(dòng)傳感器將人體脈搏振動(dòng)轉(zhuǎn) 換成電信號(hào)。常見的壓力傳感器可用現(xiàn)有的壓電陶瓷代替。 壓電式元件的內(nèi)阻極高， 通

10、常采用兩片相同的元件，使其極性反向相疊，由夾在中間的銅片作為一個(gè)電極。 這樣，中央電極處于全空狀態(tài)，可以用具有良好絕緣性的導(dǎo)線引出。此種方法的優(yōu) 點(diǎn)是傳感器種類多， 一般的傳感器輸出信號(hào)也比較大， 對(duì)后面的放大電路要求不高。 壓電陶瓷具有成本低、取材方便、易于提高敏感度等特點(diǎn)。 (2) 聲電式 聲電式傳感器的作用是將氣體、液體或固體中傳播的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 因此，它也屬于力學(xué)量傳感器。它的制作材料一般由不定性無煙煤顆?；驂弘娞沾?構(gòu)成。顆粒式聲電傳感器的優(yōu)點(diǎn)是耐用、成本低和容易制作，缺點(diǎn)是顆粒的機(jī)械磨 損和接觸表面上的瞬間電弧會(huì)使顆粒逐漸老化，從而導(dǎo)致雜音大、性能不穩(wěn)定和非 線性；而壓電

11、陶瓷式的聲電傳感器在檢測(cè)聲音信號(hào)時(shí)卻存在著一定的缺陷。 聲電式檢測(cè)方法是利用微音傳感器將人體的振動(dòng)的聲音轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。此種方 法的優(yōu)點(diǎn)是作為傳感器的微音傳感器可利用現(xiàn)有的駐極體或電容式話筒，但其后面 的電路要采取一定的措施將環(huán)境的聲音干擾信號(hào)濾去。 (3) 光電式 光電系統(tǒng)通常是指能敏感由紫外光到紅外光的光能量，并將光能量轉(zhuǎn)換成電信 號(hào)的器件。通常用的光電器件有光電二極管和光電三極管。光電式傳感器測(cè)量微小 的位移變化有明顯的效果，但是光電傳感器對(duì)材料、電路控制和光電管屬性要求較 高： 1)吸收紅外光的能力極強(qiáng) 2)介電常數(shù)小，以便得到大的輸出電壓。 3)介電 損耗小。 光電式檢測(cè)方法是利用光電

12、傳感器檢測(cè)人體內(nèi)血液流動(dòng)時(shí)對(duì)光的透過率或反 射率不同而將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的方法。此種方法有兩種方式：一種是對(duì)射式，另一 種是反射式。對(duì)射式是在一個(gè)大小合適的環(huán)的兩側(cè)各放一個(gè)發(fā)射管和一個(gè)接收管， 測(cè)量時(shí)將人的手指伸到環(huán)中，由于手指中的血流量的變化而使光電接收管的光電流 也隨之變化，反射式是光電發(fā)射與光電接收都指向一個(gè)方向，當(dāng)人體內(nèi)的血流發(fā)生 變化時(shí)其對(duì)光的反射率也隨之變化，從而檢測(cè)出心率。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是外界干擾 信號(hào)小， 但其最大的難點(diǎn)是傳感器輸出信號(hào)小， 對(duì)后面的放大電路要求較高。 此外， 對(duì)于干擾變化強(qiáng)烈的信號(hào)，回路不宜調(diào)制，可視光電管的定向角不同，光軸也不宜 把握。 綜上所述，從傳感器的制

13、作工藝、材料的選取、受外界的干擾信號(hào)的干擾程度 和制作過程中前級(jí)電路的處理難易程度上考慮，就選用一對(duì)紅外對(duì)射二極管實(shí)現(xiàn)。 紅外傳感器的檢測(cè)、 放大、濾波和整型并傳到單片機(jī)工作系統(tǒng)的過程見下圖 2-1 所示： 圖 2-1 信號(hào)檢測(cè)處理工作流程圖 2.2.2 信號(hào)處理方案選擇和論證 (1)小規(guī)模數(shù)字電路：采用小規(guī)模數(shù)字電路也可完成此方案的基本功能， 電路框圖如圖 2-2 所示。 圖 2-2 小規(guī)模數(shù)字電路心率計(jì) 這種方案是采用一個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將處理后的脈波信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，在1 分鐘 內(nèi)將計(jì)數(shù)值顯示。此方案的不足是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單一些的過程控 制功能都要用好多片電路，且數(shù)字電路器件功能

14、單一，一旦硬件電路定型就難以改 動(dòng)，尤其在題目要求中，要實(shí)現(xiàn)心率測(cè)量并顯示，還要超限報(bào)警等等，則顯得力不 從心。 (2) PLD ：可編程邏輯器件 (PLD) 突破了小規(guī)模數(shù)字電路功能單一的缺點(diǎn)，可以 按照設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)分析出來的邏輯要求去編程定義，應(yīng)用起來確實(shí)方便，設(shè)計(jì)也比較 靈活。針對(duì)題目要求，該方案應(yīng)該至少由傳感器電路、閘門電路、計(jì)數(shù)器電路、數(shù) 字鎖存電路、顯示電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、 PC 接口電路七部分構(gòu)成，在閘門信號(hào)允 許時(shí)間內(nèi)對(duì)被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)，閘門寬度為單位時(shí)間。顯然電路復(fù)雜，一旦涉及到數(shù)據(jù) 處理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)記憶、數(shù)據(jù)通信等功能要求時(shí)，其實(shí)現(xiàn)難度可想而知。 (3) 單片機(jī)：?jiǎn)纹瑱C(jī)的發(fā)展

15、和應(yīng)用大家有目共睹，其體積小、重量輕、價(jià)格低、 可靠性高、耗電少和靈活機(jī)動(dòng)等許多優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)被默認(rèn)。在科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理及信 息管理、 CAD 、CAM 、CAA 、CAI 、過程控制和儀表智能化、軍事領(lǐng)域、多媒體系 統(tǒng)和信息高速公路甚至家用電器和家庭自動(dòng)化等方面都可以看到單片機(jī)的影子，可 謂立下了汗馬功勞。 單片機(jī)內(nèi)部包含了 CPU、RAM、ROM、I/O 口、總線甚至 A/D 及 D/A 轉(zhuǎn)換電 路，功能十分強(qiáng)大。許多在數(shù)字電路、模擬電路中的難題都在單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)中 得到了出乎意料的解決效果，通過對(duì)程序和外部少許電路的修改即可以改變整個(gè)設(shè) 計(jì)系統(tǒng)的功能?？梢浦残院涂删S護(hù)性得到極大的改善。在數(shù)

16、據(jù)分析、處理、記憶、 通訊等方面表現(xiàn)相當(dāng)出色。根據(jù)題目提出的要求，單片機(jī)控制當(dāng)為首選。以單片機(jī) 為主外設(shè)顯示器、鍵盤、通訊、打印接口等硬件電路，完成脈波計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)運(yùn)算、 顯示、通訊、記憶等功能。 根據(jù)以上方案比較，本課題決定采用以紅外傳感器為傳感器，以單片機(jī)為主控 芯片外輔少量硬件電路完成數(shù)據(jù)處理、 記憶、顯示、通訊等功能。 硬件框圖如圖 2-3 所示。 2.2.3 單片機(jī)系統(tǒng)選擇 AT89C2051、AT89C51 單片機(jī)是最常用的單片機(jī)， 是一種高性能、低損耗、CMOS 八位微處理器。AT89C2051與MCS-51 系列的單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容， 而且能使系統(tǒng)具有許多新的功能，

17、功能強(qiáng)、靈活性高而且價(jià)格低廉。 AT89S52 可構(gòu) 成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)， 增加系統(tǒng)可靠性， 縮小系統(tǒng)體積， 降低了系統(tǒng)成本。 程序長(zhǎng)度只要不大于 4K ，四個(gè) I/O 口全部提供給用戶。 系統(tǒng)運(yùn)行中需要存放的中間 變量較少，可不必再擴(kuò)充外部 RAM。采用 AT89S52 單片機(jī)，其內(nèi)部有 8KB 單元的 程序存儲(chǔ)器。而且具有三個(gè)定時(shí)器，正好滿足系統(tǒng)多機(jī)通信時(shí)所用。 比較以上方 案，綜合考慮單片機(jī)的各部分資源，因此此次設(shè)計(jì)選用 AT89S52。 2.2.4 顯示模塊選擇和論證 (1) 液晶顯示 液晶單元是容性負(fù)載， 液晶的電阻在大多數(shù)情況下可以忽略不計(jì)， 是無極性的， 即正壓和負(fù)壓的作

18、用效果是一樣的。液晶顯示器件在直流電壓作用下會(huì)發(fā)生電解作 用，故必須用交流驅(qū)動(dòng)，并且限定交流成分中的直流分量不大于幾十 mv；由于液晶 在電場(chǎng)作用下光學(xué)性能的改變是依靠液晶作為彈性連續(xù)體的彈性變形，響應(yīng)時(shí)間 長(zhǎng)，所以交變驅(qū)動(dòng)電壓的作用效果不取決于其峰值，在頻率小于 1000Hz 情況下， 液晶透光率的改變只與外電壓的有效值相關(guān)。液晶 顯示 信息量大、長(zhǎng)壽命、低壓 驅(qū)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn) (2)LED 動(dòng)態(tài)顯示 數(shù)碼管是一類顯示屏 通過對(duì)其不同的管腳輸入相對(duì)的電流，會(huì)使其發(fā)亮，從 而顯示出數(shù)字能夠顯示 時(shí)間、日期、溫度等所有可用數(shù)字表示的參數(shù)。由于它的 價(jià)格便宜 使用簡(jiǎn)單 在電器 特別是家電領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛

19、，空調(diào)、熱水器、冰箱 等等。絕大多數(shù)熱水器用的都是數(shù)碼管，其他家電也用液晶屏與熒光屏。 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最廣泛的顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所 有數(shù)碼管的八個(gè)顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連起來，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公 共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)有字形 碼輸出時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼。 通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在動(dòng)態(tài)顯示過程中，每位數(shù) 碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 12ms，由于發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)及人的視覺暫留現(xiàn)象， 實(shí)際 上盡管數(shù)碼管不是同時(shí)點(diǎn)亮，

20、但只要掃描的速度很快，給人的印象就是穩(wěn)定的顯示 數(shù)據(jù)，不會(huì)有感覺到閃爍，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O端口，而且功耗更低。 根據(jù)以上兩種方案比較，液晶顯示具有其獨(dú)特的優(yōu)越性，顯示效果好，控制簡(jiǎn) 單等優(yōu)點(diǎn)。所以就選擇液晶來實(shí)現(xiàn)顯示功能。 2.3 元器件選擇及功能介紹 2.3.1 單片機(jī) AT89S52 (1) 主要性能： 8KB可改編程序 Flash 存儲(chǔ)器(可經(jīng)受 1000次的寫入/ 擦除周期) 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密 1288 字節(jié)內(nèi)部 RAM 32 條可編程 I/O 線 2個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 6 個(gè)中斷源 可編程串行通道 片內(nèi)時(shí)

21、鐘振蕩器 (2) 功能特性描述： AT89S52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。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造， 與工業(yè) 80C51 產(chǎn) 品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編 程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash，256 字節(jié) RAM ，32 位 I/O 口線， 看門狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16

22、位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié) 構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯 操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩 器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。AT89S52 的引 腳結(jié)構(gòu)如圖 2-4 所示 圖 2-4 AT89S52 的引腳結(jié)構(gòu) 2.3.2 紅外傳感器 紅外技術(shù)是在最近幾十年中發(fā)展起來的一門新興技術(shù)。它在科技，國防，和工 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，特別是在科學(xué)研究、軍事

23、工程和醫(yī)學(xué)方面起著極 其重要的作用。例如在紅外制導(dǎo)火箭、紅外成像、紅外遙感等。而紅外輻射技術(shù)的 重要工具就紅外傳感器，紅外傳感器已經(jīng)在現(xiàn)代化的生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)揮著它的巨大作 用。尤其是在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離溫度監(jiān)測(cè)與控制方面，紅外溫度傳感器以其優(yōu)異的性能， 滿足了多方面的要求，因而在產(chǎn)品傳感器大顯身手的地方。因此紅外傳感器的發(fā)展 前景也是不可估量的。本設(shè)計(jì)的心率計(jì)的傳感器采用一對(duì) 5MM 的紅外對(duì)管外輔少 許電路所組成的紅外傳感器，紅外對(duì)管是紅外線發(fā)射管與光敏接收管，或者紅外線 接收管，或者紅外線接收頭配合在一起使用時(shí)候的總稱。 紅外線發(fā)射管在 LED 封裝行業(yè)中主要有三個(gè)常用的波段，如下 850NM 、

24、875NM 、940NM。根據(jù)波長(zhǎng)的特性運(yùn)用的產(chǎn)品也有很大的差異， 850NM 波長(zhǎng)的主 要用于紅外線監(jiān)控設(shè)備， 875NM 主要用于醫(yī)療設(shè)備， 940NM 波段的主要用于紅外 線控制設(shè)備。 EG：紅外線遙控器、光電開關(guān)、光電記數(shù)設(shè)備等。 光敏接收管是一個(gè)具有光敏特征的 PN結(jié)，屬于光敏三極管，具有單向?qū)щ娦裕?因此工作時(shí)需加上反向電壓。無光照時(shí) , 有很小的飽和反向漏電流（暗電流）。此 時(shí)光敏管不導(dǎo)通。當(dāng)光照時(shí) , 飽和反向漏電流馬上增加，形成光電流 , 在一定的范圍 內(nèi)它隨入射光強(qiáng)度的變化而增大。 2.3.3 雙運(yùn)算放大器 LM358N LM358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)

25、償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適 合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條 件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和 其他所有使用運(yùn)算放大器的可用單電源供電的場(chǎng)合。 特性: 低輸入偏流 內(nèi)部頻率補(bǔ)償 直流電壓增益高 （約 100dB） 單位增益頻帶寬 （約 1MHz） 電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?(330V)；雙電源 (1.5 一15V) 低功耗電流，適合于電池供電 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流 共模輸入電壓范圍寬，包括接地 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍 輸出電壓擺幅大 (0 至 Vcc-1.5V) LM358 的引腳結(jié)構(gòu)如圖 2-5 所示。

26、 圖2-5 LM358的引腳結(jié)構(gòu) 2.3.4 LCD1602 顯示模塊 1602 LCD是指顯示的內(nèi)容為 16X2, 即可以顯示兩行，每行 16個(gè)字符液晶模塊 (顯示字符和數(shù)字)。 管腳功能 1602采用標(biāo)準(zhǔn)的 16腳 接口，其中： 第1腳： VSS為電源地 第2腳： VCC接5V電源正極 第 3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端， 接正電源時(shí)對(duì)比度最弱， 接地電源時(shí)對(duì) 比度最高(對(duì)比度過高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整 對(duì)比度)。 第4腳： RS 為寄存器選擇，高電平 1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0時(shí)選擇指令寄 存器。 第 5腳： RW為讀寫信號(hào)線，高電平 (1)

27、 時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0) 時(shí)進(jìn)行寫操作。 第6腳：E(或 EN)端為使能 (enable) 端, 高電平( 1)時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行 指令。 第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。 第 1516腳：空腳或背燈電源。 15腳背光正極， 16腳背光負(fù)極。 第三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 心率計(jì)的總體設(shè)計(jì)電路框圖如圖 3-1所示，主要包括信號(hào)采集電路、放大電路、 比較電路和單片機(jī)信號(hào)處理電路和液晶顯示電路。先用紅外傳感器采集與心跳同頻 率的信號(hào)，當(dāng)人體組織半透明度的數(shù)值較大時(shí)，紅外發(fā)射管 Dl 發(fā)射出的透過人體組 織的光強(qiáng)度很弱，光敏三極管無法導(dǎo)通，輸出高電平；當(dāng)人體組織半透明

28、度的數(shù)值 較小時(shí)，紅外發(fā)射管 Dl 發(fā)射出的透過人體組織的光強(qiáng)度較強(qiáng)，光敏三極管導(dǎo)通，輸 出低電平。這樣就形成了頻率與脈搏次數(shù)成正比的低頻信號(hào)，它是近似于正弦的波 形。 當(dāng)脈搏為 40次/ 分時(shí)，檢測(cè)到的頻率是 0.78Hz，當(dāng)脈搏為 40次/分時(shí)，檢測(cè)到的 頻率是 3.33Hz，從傳感器過來的是低頻信號(hào)。 該低頻信號(hào)首先經(jīng) RC振蕩器濾波以消 除高頻干擾， 經(jīng)無極性隔直流電容 C3、C5加到線性放大器的輸入端。 運(yùn)算放大器將 此信號(hào)放大 100倍，并與 R3、R4、C6組成的低通 T 型濾波器濾除殘留的干擾。正弦 信號(hào)經(jīng)微分形成尖脈沖信號(hào)，單穩(wěn)態(tài)振蕩電路將尖脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為同頻率的長(zhǎng)脈沖 信號(hào)

29、，該脈沖信號(hào)通過 R12送到單片機(jī)后，經(jīng)過軟件對(duì)信號(hào)的處理，最后在以數(shù)值 形式顯示在液晶上。 圖 3-1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框圖 3.2 信號(hào)采集電路 信號(hào)采集電路如圖 3-2所示。 5MM 紅外對(duì)管 D1與 D3組成紅外傳感器。因紅 外傳感器輸出的脈沖信號(hào)是非常微弱的信號(hào)，而且頻率很低（如脈搏50 次 /分鐘為 0.78Hz，200 次/分鐘為 3.33Hz），并且還伴有各種噪聲干擾，故該信號(hào)要經(jīng)過 R7、 C5 低通濾波，去除高頻干擾。當(dāng)傳感器檢測(cè)到較強(qiáng)的干擾噪音時(shí)，其輸出端的直 流電壓信號(hào)會(huì)有很大變化。 圖3-2 信號(hào)采集電路 3.3 信號(hào)放大電路 如圖 3-3所示， R3與 R8的電阻之比為

30、放大器的放大倍數(shù)，經(jīng)過計(jì)算所得該放 大器的理論值為 200倍，但由于 8號(hào)接口上 5V 供壓不足再加上材料限制和人為的 因素，該放大倍數(shù)只有 20 倍左右。 圖中 C7 為耦合電容，作用為隔直流通交流，之所以使用 1uF 的電容，是為了 讓所有的信號(hào)通過。信號(hào)放大電路仿真圖如圖 3-4 所示。 圖 3-3 信號(hào)放大電路 3.4 信號(hào)比較電路 電壓比較器是一種常用的集成電路。它可用于報(bào)警器電路、自動(dòng)控制電路、測(cè) 量技術(shù)，也可用于 V/F 變換電路、 A/D 變換電路、高速采樣電路、電源電壓監(jiān)測(cè)電 路、振蕩器及壓控振蕩器電路、過零檢測(cè)電路等。我們主要介紹其基本概念、工作 原理及典型工作電路，電壓比

31、較器是對(duì)兩個(gè)模擬電壓比較其大小并判斷出其中哪一 個(gè)電壓高，接到的信號(hào)電壓小于該值時(shí)顯示 0V ，當(dāng)大于該值時(shí)顯示 5V ，這就形成 了0和5V 的方波。如圖 3-7 所示。 圖3-7 電壓比較器 3.5 LCD1602 顯示電路 LCD1602與單片機(jī)接口電路如下： 3.6 鍵盤電路 因?yàn)?I/O 口足夠用，鍵盤設(shè)計(jì)采用線性鍵盤。三個(gè)引腳通過按鍵接地。有程序 控制掃描。 3個(gè)按鍵分別接到 CPU的 P30、P31、P32上，正常心率范圍的設(shè)置，以 便在超出限制時(shí)報(bào)警提示。 圖 3-10 鍵盤電路 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)心率計(jì)的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序流程圖、中斷程序流程圖及顯示子 程序組

32、成。 C語言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率 且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間， 而心率計(jì)的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算 （時(shí)間 t內(nèi)的平 均值），又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間（動(dòng)脈搏動(dòng)時(shí)間） ，所以控制程序可采用 C語 言和匯編語言混合編程。 4.1 測(cè)量計(jì)算原理 設(shè)K 個(gè)連續(xù)的動(dòng)脈搏動(dòng)所用時(shí)間為 t（秒），在時(shí)間 t 內(nèi)心率的平均值為 n（次/ 分），則： n = 60K/t（4-1） 為了能夠控制用單片機(jī)計(jì)算機(jī)測(cè)定 t值，我們利用脈動(dòng)信號(hào)控制（在 K 個(gè)連續(xù)的 脈搏周期內(nèi)）單片機(jī)的定時(shí) /計(jì)數(shù)器T0定時(shí)（定時(shí) 1ms中斷一次），工作寄存器對(duì)中 斷次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后讀取計(jì)數(shù)值。設(shè)

33、該計(jì)數(shù)值為 N，于是有： t = 0.001N(4-2) 把(2)帶入(1)得到： n = 60k/0.001N =60000K/N(4-3) 式 (3)就是利用單片計(jì)算機(jī)測(cè)定心率值的數(shù)學(xué)模型(誤差小于0.4%)。在該單片機(jī)系統(tǒng)中， K = 19(用戶可通過按鍵自行設(shè)置) ?？蓽y(cè)心率范圍 20次/分200次/分(N的范圍： 30030000)。 4.2 主程序流程圖 程序流程圖如圖 4-1所示。程序初始化是單片機(jī)程序必需的， 它的主要任務(wù)是確 定中斷入口地址和程序入口。然后顯示全零，目的是為了區(qū)分是否有信號(hào)送入，當(dāng) 沒有信號(hào)送入時(shí)，顯示全零，則說明心率計(jì)沒有正常工作，反之，則正常工作。 設(shè)計(jì)中

34、比較重要的一部分是定時(shí) l00ms，它主要是為采樣 6s建立基礎(chǔ)。 系統(tǒng)運(yùn)用 定時(shí)器 T1定時(shí)來實(shí)現(xiàn) 100ms的定時(shí)，中斷等待占用程序執(zhí)行的絕大部分時(shí)間，是一 個(gè)死循環(huán)語句，只有當(dāng)中斷滿足條件時(shí)，才執(zhí)行中斷服務(wù)子程序，進(jìn)行累加計(jì)數(shù)的 結(jié)果，累加之后，判斷采樣的次數(shù)，如果采樣未滿 60次，說明不到 6 s，返回繼續(xù)采 樣、等待中斷，直到采樣 60次為止，之后把 6s內(nèi)采樣得到的次數(shù)由二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為 十進(jìn)制數(shù)，送到液晶進(jìn)行顯示。 圖 4-1 程序流程圖 圖 4-2 中斷程序流程圖 4.3 中斷程序流程圖 心率的有效測(cè)量范圍為 40次 120次/分鐘，為了消除外界信號(hào)的干擾，在定時(shí)器中斷程序 中加

35、入了對(duì)頻率大小的判斷，濾除掉小于40次/分鐘和大于 120次 /分鐘的脈沖信號(hào)，中斷程序如 圖4-2所示。 4.4 定時(shí)器 T0 和 T1的中斷服務(wù)程序 定時(shí)器T0的中斷流程圖如圖 4-3所示，定時(shí)器 T1的中斷服務(wù)流程圖如圖 4-4所示 圖 4-3 定時(shí)器 T0的中斷 圖 4-4 定時(shí)器 T1的中斷 服務(wù)程序流程圖 服務(wù)程序流程圖 第五章 系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果分析 5.1 測(cè)試方法和儀器 (1) 時(shí)基測(cè)量： 心率測(cè)量?jī)x的精度在很大程度上取決于系統(tǒng)的時(shí)間基準(zhǔn)， 因而 對(duì) 1MS 時(shí)間定時(shí)要用儀器校準(zhǔn)，我們用的是 TDS210 數(shù)字示波器。在 T0 定時(shí)中斷 服務(wù)程序中首先對(duì)外部的某一端口的狀態(tài)不斷取

36、反，用示波器測(cè)端口的周期，如有 誤差可在程序中改變 TL0 的值，直到時(shí)間滿足要求為止。 (2) 測(cè)量精度測(cè)試：用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一方波， 其頻率與測(cè)量范圍相符，(40120 次/分)分別測(cè)量 40次/分、 80次/分、 100次/分、120 次/分，觀察心率儀的測(cè)量結(jié) 果與與信號(hào)發(fā)生器輸出的頻率是否相符， 如誤差大于 2次/分時(shí)可再細(xì)調(diào) TL0 的值， 如不能滿足要求可用軟件與 TL0 的值同時(shí)調(diào)節(jié)，直到滿足要求為止 使用儀器： 示波器 （TDS210） 信號(hào)發(fā)生器 （GFG-8015G ） 萬用表（FLUKE73 ） +-5V 電源 （YB1711B） 單片機(jī)仿真器 （E2000/S） 編程

37、器 （ kile） 5.2 仿真與焊接階段 5.2.1 仿真階段 當(dāng)模塊設(shè)計(jì)完成并在 ISIS 7 protues中仿真成功后， 電路基本確定， 但那只是理 論值，需要對(duì)這些仿真電路進(jìn)行試驗(yàn)，以確保這些電路是否適用與該設(shè)計(jì)。 5.2.2 焊接與完成階段 在完成實(shí)驗(yàn)階段測(cè)試后，這時(shí)電路的元器件及各種電阻電容的值就已經(jīng)確定。 可以實(shí)物的焊接。 （1）焊前處理 焊接前，應(yīng)對(duì)元件引腳或電路板的焊接部位進(jìn)行焊前處理。 焊接位置氧化層的清除 用小刀刮去金屬引線表面的氧化層，使引腳部分具有金屬光澤。轉(zhuǎn)印電路板可 用細(xì)紗紙將銅箔打光后，均勻涂上一層松香。 元件鍍錫 在處理過引線上鍍錫?？蓪⒁€沾上松香后，將帶

38、錫的烙鐵頭壓在引線上，轉(zhuǎn) 動(dòng)引線。即可使引線均勻地鍍上一層很薄的錫層。 焊接前，用剝線鉗剝?nèi)ソ^緣外皮， 再經(jīng)過以上處理，才能正式焊接。若是多股金屬絲的導(dǎo)線，打光后應(yīng)先擰在一起， 然后再鍍錫。 （2） 焊接技 做好焊前處理之后，就可正式進(jìn)行焊接。 焊接方法：焊接，檢查，剪短。 a.右手持電烙鐵。左手用鑷子夾持元件或?qū)Ь€。焊接前，電烙鐵要充分預(yù)熱 分鐘。烙鐵頭刃面上要鍍錫，即帶上一層薄薄的焊錫。 b.將烙鐵頭刃面緊貼在焊點(diǎn)處。 電烙鐵與水平面大約成 45 度角。以便于熔化的 錫從烙鐵頭上覆蓋到焊點(diǎn)上。將烙鐵頭停留在焊點(diǎn)處 23 秒鐘。 C.移開烙鐵頭。 左手仍持元件不動(dòng)。 等焊點(diǎn)上的錫冷卻凝固后，

39、 才可松開左手。 d.用鑷子轉(zhuǎn)動(dòng)引線，確認(rèn)不松動(dòng)，然后可用偏口鉗剪去多余的引線。 焊接質(zhì)量 焊接時(shí)，要保證每個(gè)焊點(diǎn)焊接牢固、接觸良好。要保證焊接質(zhì)量。應(yīng)是錫點(diǎn)光 亮，圓滑而無毛刺，錫量適中。錫和被焊物融合牢固。不應(yīng)有虛焊和假焊。虛焊是 焊點(diǎn)處只有少量錫焊住，造成接觸不良，時(shí)通時(shí)斷。假焊是指表面上好像焊住了， 但實(shí)際上并沒有焊上，有時(shí)用手一拔，引線就可以從焊點(diǎn)中拔出。這兩種情況將給 電子制作的調(diào)試和檢修帶來極大的困難。只有經(jīng)過大量的、認(rèn)真的焊接實(shí)踐，才能 避免這兩種情況。 焊接電路板時(shí)， 一定要控制好時(shí)間。 太長(zhǎng)，電路板將被燒焦， 或造成焊點(diǎn)脫落。 從電路板上拆卸元件時(shí)，可將電烙鐵頭貼在焊點(diǎn)上，

40、待焊點(diǎn)上的錫熔化后，將元件 拔出。 由于本次設(shè)計(jì)采用單片機(jī)開發(fā)板來焊接，因此最小系統(tǒng)部分只用焊接元件不用 另外布線，減輕了焊接部分的工作量，同時(shí)是電路板更美觀。雖然用單片機(jī)開發(fā)板 來焊接，但是在焊接過程中也必須認(rèn)真謹(jǐn)慎，避免虛焊和短路。每焊完一個(gè)元器件 或者一條線路都要用萬用表檢查焊接是否成功，最終按照附錄一所示仿真圖焊接實(shí) 物。 實(shí)物圖如圖 5-1 所示 -“dcs .予 圖 5-1 實(shí)物圖 5.3 測(cè)試數(shù)據(jù)與結(jié)果分析 5.3.1 測(cè)量結(jié)果與分析 (1) 用儀器測(cè)量：用信號(hào)發(fā)生器作信號(hào)源，產(chǎn)生一個(gè)40200 次/分的方波，觀察 心率儀讀數(shù)與信號(hào)發(fā)生器輸出的頻率是否相等。表5-1 給出了部分測(cè)

41、量結(jié)果。 表 5-1 信號(hào)發(fā)生器測(cè)量結(jié)果 測(cè)量序號(hào) 信號(hào)發(fā)生器示值及示波器 心率儀示值 1 40 40(低限報(bào)警) 2 80 80 3 150 150 4 120 120(高限報(bào)警) 由以上測(cè)量結(jié)果看，用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)用心率儀測(cè)量時(shí)其測(cè)量誤差為0，且 在報(bào)警的上下限可報(bào)警。 (2) 實(shí)際測(cè)量：對(duì)同一同學(xué)和不同的同學(xué)進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)由另一同學(xué)用聽診器測(cè) 量脈搏，表 5-2 給出了部分測(cè)量結(jié)果。 表 5-2 實(shí)際測(cè)量結(jié)果比較 測(cè)量序號(hào) 聽診器測(cè)量 心率計(jì)值 誤差 1 88 89 1 1 89 88 1 1 90 92 2 2 72 73 1 3 67 65 2 4 94 95 1 在實(shí)際測(cè)量時(shí)

42、人工測(cè)量的數(shù)值與心率儀測(cè)量的數(shù)值會(huì)有誤差，在測(cè)同一人時(shí)其 誤差只要在允許范圍內(nèi)，有時(shí)也超過測(cè)量精度，這是因?yàn)槿斯y(cè)量時(shí)的計(jì)數(shù)起始時(shí) 間與結(jié)束時(shí)間掌握不準(zhǔn)所至 由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)測(cè)量時(shí)沒有誤差，而實(shí)際測(cè)量時(shí)產(chǎn)生誤差，這是因?yàn)?信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的頻率穩(wěn)定，而實(shí)際測(cè)量時(shí)被測(cè)人的脈波穩(wěn)定性、強(qiáng)度不穩(wěn)定。 示波器顯示的方波以及對(duì)應(yīng)的心率計(jì)顯示如下圖 5-2,5-3 所示。 圖 5-2 示波器顯示方波波形 圖 5-3 心率計(jì)顯示心率值及設(shè)置上下限 5.3.2幾種主要系統(tǒng)干擾與影響 (1) 陽光的干擾。 因?yàn)楸拘穆视?jì)是通過紅外光線透過手指采集到信號(hào)，進(jìn)而對(duì)信號(hào)處理得到人體 的心率值，光照在本系統(tǒng)中很關(guān)鍵。

43、而且在各種不同的環(huán)境中，外界光照的強(qiáng)度不 一樣，這對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾卻大。但是外界光照對(duì)于人體是均衡的，即各處光照強(qiáng)度相 同，對(duì)人體內(nèi)變化的影響是相同的，即可以相互抵消。 (2) 測(cè)量過程中手指的抖動(dòng)。 紅外傳感器檢測(cè)到的人體信號(hào)很微弱，手指的一點(diǎn)抖動(dòng)都會(huì)引起測(cè)量心率值的 大幅變化。 為了解決這個(gè)問題， 在設(shè)計(jì)中， 把紅外對(duì)管相距一定距離 (夠放下食指) 之后固定死，這樣在測(cè)量的時(shí)候只要被測(cè)者盡量保持手指不動(dòng)，就可以大大減小手 指抖動(dòng)對(duì)試驗(yàn)的影響。 (3) 呼吸的影響。 試驗(yàn)的原理主要是血液中的含氧量的變化進(jìn)而導(dǎo)致人體組織變化而檢測(cè)心率 的，這樣就使得均勻呼吸和急促呼吸使人體內(nèi)的含氧量變化很大。據(jù)試

44、驗(yàn)所得，當(dāng) 人劇烈運(yùn)動(dòng)之后呼吸會(huì)比較局促，這時(shí)他的心率值就會(huì)波動(dòng)很大。正常情況下 心率指的是當(dāng)人心平氣和時(shí)的心跳值。 總結(jié)和展望 心率指心臟每分鐘搏動(dòng)的次數(shù)，它能夠反映心臟的工作狀態(tài)。而心率計(jì)是常用 的醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的心率測(cè)量在病人監(jiān)控臨床治療及體育競(jìng)賽等方面都有 著廣泛的應(yīng)用。 但在現(xiàn)實(shí)生活中，這種儀器可以直接測(cè)量心率不是很普遍，在許多小醫(yī)院中， 醫(yī)生仍使用古老的手動(dòng)式聽診器，大大影響了效率和治療時(shí)間。這為心率計(jì)的研究 和生產(chǎn)奠定了必要的基礎(chǔ)。 這篇文章是基于單片機(jī)的心率計(jì)設(shè)計(jì)，現(xiàn)在有一些市場(chǎng)研究和設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的 FPGA 設(shè)計(jì)的心率，無論是原理和過程基本上是一樣的！心率是由身體微弱的

45、傳感 器信號(hào)接收的原則，因?yàn)槿梭w的信號(hào)弱，一般放大系數(shù)要求高，超過 100 倍。 心率計(jì)的硬件設(shè)計(jì)，包括微控制器的系統(tǒng)及顯示電路、信號(hào)采集和信號(hào)放大和 濾波電路三部分組成。單片機(jī)采用 AT89S52 或其兼容系列。具有精度高 12MHz 晶 體振蕩器以獲得更穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率，減少了測(cè)量誤差。單片機(jī)的P1.0 的輸出端口 40kHz 的超聲波換能器所需的方波信號(hào)，外部中斷 0 來監(jiān)測(cè)從紅外傳感器輸出信號(hào) 采集電路的信號(hào)。顯示電路采用簡(jiǎn)單實(shí)用的液晶顯示器，信號(hào)用 LM358 芯片放大。 基于單片機(jī)心率計(jì)的軟件設(shè)計(jì)流程由主程序，中斷子程序流程圖和顯示子程序 組成。據(jù)我所知 C 語言程序有利于實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜

46、的算法， 匯編語言程序則具有較高的 效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間，而心率計(jì)的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算（時(shí)間 t 內(nèi)的平均值），又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間（動(dòng)脈搏動(dòng)時(shí)間） ，所以控制程序可以 混合 C 和匯編語言編程的。 焊完實(shí)物后，首先是硬件調(diào)試。電路的調(diào)試過程是檢驗(yàn)、修正設(shè)計(jì)方案的實(shí)踐 過程，但也是對(duì)理論知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，解決各種問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是電路設(shè)計(jì)人員 必須掌握的基本技能。 把電子元器件連接起來，實(shí)現(xiàn)特定功能的關(guān)鍵一步是調(diào)試。調(diào)試方法有兩種： 分塊調(diào)試法和整體調(diào)試法。 在硬件檢測(cè)完之后， 在沒有問題的情況下可以輸入程序， 調(diào)試程序的可行性，并加以修正，配合程序改動(dòng)系統(tǒng)的原理圖。 文中的

47、心率計(jì)使用了脈搏波作為源信號(hào)，當(dāng)然我還可以通過對(duì)心電圖的分析來 研究心率，它們的后繼電路部分結(jié)構(gòu)都大同小異，主要的區(qū)別是前段的信號(hào)采集。 本心率計(jì)適用于 49V直流電壓，工作電流為 100mA左右，心率計(jì)通電后，將手指 固定在紅外傳感器之間即可檢測(cè)到人體的信號(hào)，并在液晶上顯示出來！ 當(dāng)然它也存在著一定的問題，但我想在未來的研制和生產(chǎn)中，肯定會(huì)大大提高 它的性能 ，極力改善它的缺點(diǎn)。 結(jié)束語 首先，我要感謝我的指導(dǎo)老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)中給予我悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，正是 在許老師您的細(xì)心指導(dǎo)和關(guān)注之下，我順利完成了畢業(yè)論文設(shè)計(jì)和實(shí)物的制作。 接著我要感謝學(xué)校和學(xué)院給了我們這么一次展示自己能力的機(jī)會(huì)，大學(xué)即

48、將結(jié) 束，在踏入社會(huì)前，學(xué)校為我們安排這么一次畢業(yè) 度上有助于提高我的學(xué)業(yè)水平 和生活適應(yīng)能力。 最后，我要感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué)。在短短 5 個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，你們 給了我許多寶貴的意見和很大的幫助，沒有你們我很難完成學(xué)業(yè)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)，真 誠的感謝你們。 同時(shí)，我還要感謝我的室友和身邊的朋友，是他們給了我自信和力量，在和他 們的相互幫助和啟發(fā)中，才有我今天的小小收獲。 還有許許多多給予我學(xué)業(yè)上鼓勵(lì)和幫助的朋友，在此也一并表示衷心地感謝！ 謝謝大家！ 參考文獻(xiàn) 1 陳文彬, 王友赤. 診斷學(xué)M. 人民衛(wèi)生出版社 , 2002.45-90. 2 王瑞元, 孫學(xué)川, 熊開宇. 運(yùn)動(dòng)生理學(xué) M.

49、 人民體育出版社 , 2002.76-81. 3 姜元恩，邢武；基于脈搏波速度測(cè)量的動(dòng)脈硬化檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.自動(dòng) 化與儀器儀表， 2007.8.12(5). 4 姜元恩，邢武：半導(dǎo)體應(yīng)變片式脈搏傳感器在動(dòng)躲硬純檢測(cè)系統(tǒng)中酶應(yīng)用Z. 安 徽省傳感器技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展論壇， 2007.10. 5 朱彤、李婉媚脈搏波傳導(dǎo)速度測(cè)定的新認(rèn)識(shí) J. 醫(yī)療保健器具， 2006(8). 6 羅志昌、張松、楊文鳴脈搏波波形特征信息的研究 N 北京工業(yè)大學(xué)學(xué) 報(bào)1996.1.10(11). 7 趙玉霞等橈動(dòng)脈脈圖在心血管血流動(dòng)力學(xué)定量監(jiān)測(cè)中的價(jià)值 N 山東醫(yī)科大 學(xué)學(xué)報(bào) 1994.1.20(1). 8 陳春

50、曉等無倉，血管功能測(cè)試診斷儀的研究 J 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志， 2003.1.15(33). 9 日 .西山一郎 ,兆十編著 . 耿連發(fā),潘維林譯 . 自律型機(jī)器人制作 J. 科學(xué)出版 社 OHM 社 2002.3.8-102. 10 德 WOLFGANG KLOSTERHALFEN University ofDusseldorf, 4000 Dusseldorf, Federal Republic of Germany. A computer-controlled cardiotachometer1 980, Vol. 12 (1), 58-62. 11 K.D.TAYLOR.Technica

51、lnote-(Keywords-Cardiotachometer,Pulsegenerator)Precisi on cardiotachometer calibrator .Med. sbit LCD_RW =P26; sbit LCD_E =P27; sbit Xintiao =P10 ; sbit speaker =P24; void delay5ms(void);/ 誤差 0us void LCD_WriteData(uchar LCD_1602_DATA); /*LCD1602 數(shù)據(jù)寫入 */ void LCD_WriteCom(uchar LCD_1602_COM); /*LCD1

52、602 命令寫入 */ void lcd_1602_word(uchar Adress_Com,uchar Num_Adat,uchar *Adress_Data); /*1602 字符顯示函 數(shù)，變量依次為字符顯示首地址，顯示字符長(zhǎng)度，所顯示的字符 */ void InitLcd(); void Tim_Init(); uchar Xintiao_Change=0; uint Xintiao_Jishu; uchar stop; uchar View_Data3; uchar View_L3; uchar View_H3; uchar Xintiao_H=100; uchar Xintiao

53、_L=40; uchar Key_Change; uchar Key_Value; uchar View_Con; uchar View_Change; void main() InitLcd(); Tim_Init(); lcd_1602_word(0 x80,16,Heart Rate: ); TR0=1; TR1=1; while(1) if(Key_Change) Key_Change=0; View_Change=1; switch(Key_Value) case 1: View_Con+; if(View_Con=3) View_Con=0; break; case 2: if(V

54、iew_Con=2) if(Xintiao_H150) Xintiao_H+; if(View_Con=1) if(Xintiao_LXintiao_L+1) Xintiao_H-; if(View_Con=1) if(Xintiao_L30) Xintiao_L-; break; if(View_Change) View_Change=0; if(stop=0) if(View_Data0=0 x30) View_Data0= ; else View_Data0= ; View_Data1= ; View_Data2= ; case 0: switch(View_Con) case 1: lcd_1602_word(0 x80,16,Heart Rate: lcd_1602_word(0 xc0,16, lcd_1602_word(0 xcd,3,View_Data); break; lcd_1602_word(0 x80,16,Heart Rate: lcd_1602_wor