心率測試儀設(shè)計與制作.docx

1、心率測試儀設(shè)計與制作摘要：脈搏波所呈現(xiàn)出來地形態(tài)、強度、速率和節(jié)律等方面地綜合信息，能反映出人體心血管系統(tǒng)中許多生理疾病地血流特征.本系統(tǒng)采用AT89S52 單片機為核心而制作地一種實用型脈搏測量儀 .采用紅外發(fā)射和接收二極管作為傳感器對人體地脈搏心率警醒數(shù)據(jù)采集.得到地信號經(jīng)過整形和放大后送入AT89S52 單片機進行處理.單片機將采集到地脈搏心率在LCD液晶顯示器上實時顯示出來，同時還設(shè)置了脈搏測量儀地上下限報警電路.本文首先描述本設(shè)計地整體思路，然后介紹各個部分設(shè)計中地細節(jié)問題，最后提出一些完善本設(shè)計地改進意見 .關(guān)鍵字：脈搏計單片機 AT89S52 人體脈搏信號實時顯示目錄1.系統(tǒng)方案

2、選擇與論證31.1 任務(wù)31.2 要求31.3 系統(tǒng)基本方案31.3.1 各部分電路地方案選擇及論證41.3.2系統(tǒng)各模塊地最終方案52.系統(tǒng)硬件設(shè)計62.1信號采集整形部分設(shè)計62.2 矩陣鍵盤地設(shè)計72.3 液晶顯電路73系統(tǒng)軟件設(shè)計83.1 系統(tǒng)主程序地設(shè)計83.2 脈搏波動頻率測量子程序地設(shè)計93.3 鍵盤掃描子程序124.調(diào)試與分析135.收獲與體會13附錄 1（硬件電路原理圖）：14附錄 2（主要程序）：141.系統(tǒng)方案選擇與論證1.1 任務(wù)設(shè)計并制作一個脈搏檢測器1.2 要求（ 1）、通過脈搏傳感器采樣脈搏信號，設(shè)計脈搏波檢測電路，通過示波器顯示出來（ 2）、將整形后地脈沖波送入

3、單片機，采用單片機構(gòu)成脈搏檢測儀，要求實時顯示脈率變化，脈率超限時用蜂鳴器報警，報警范圍可以通過鍵盤設(shè)定.1.3 系統(tǒng)基本方案根據(jù)題目地要求系統(tǒng)模塊可以基本劃分為：脈搏傳感器部分、信號放大整形電路部分、單片機處理電路部分及顯示電路部分.為實現(xiàn)各模塊地功能，分別做了幾種不同地設(shè)計方案病進行了論證1.3.1 各部分電路地方案選擇及論證（1）脈搏傳感器部分傳感器又稱為換能器、變換器等.脈搏傳感器是脈搏檢測系統(tǒng)中重要地組成部分，其基本功能是將切脈壓力和橈動脈搏動壓力這樣一些物理量(非電量 ) 轉(zhuǎn)換成為便于測量地電量.脈搏傳感器地精度、靈敏度、抗干擾能力及安裝方式?jīng)Q定了脈搏測量精度，因此其選型對整個設(shè)計

4、具有決定性地作用.目前，脈搏信號地測量方式主要有：1、光電脈搏波傳感器.血管不受壓力時，血流均勻，反射光也比較均勻，故傳感器無脈搏信號輸出；當(dāng)血管受壓血液不流動時，傳感器也無輸出信號；只有當(dāng)血管受到擠壓，血管中地血液斷續(xù)流動時，反射光也隨之變化，這時傳感器輸出脈搏信號，達到了測量脈搏地作用 .這種傳感器地特點是結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、抗干擾能力強，主要用于測量脈搏地跳動次數(shù) .人體不同部位地脈搏波波形存在差異，光電脈搏波傳感器不適合用于提取不同部位地脈搏波信號.2、力傳感器測量.其測量原理是，將測力傳感器地受力端壓在人體橈動脈處，模仿人地指頭 .這種方式通常采用壓阻式傳感器，它具有抗干擾能力強地特

5、點，但由于動脈血管產(chǎn)生地力很小，故量程小，抗沖擊力不強.3、脈搏信號還表現(xiàn)為皮膚振動，因此可以用加速度傳感器進行檢測，其特點是結(jié)構(gòu)簡單、體積小、波形測量精度較高.本設(shè)計中，采用第一種脈搏傳感器，即廣電脈搏波傳感器.（2）信號放大整形電路部分脈搏傳感器出來地電壓信號較弱，一般在毫伏級，需要對其進行放大. 所以，設(shè)計信號放大電路，將脈搏傳感器出來地信號進行放大，使之成為一個幅值適當(dāng)?shù)匦盘?，便于后續(xù)電路地處理 .由于本設(shè)計對于脈搏波地整形要求比較低，只需要將每個脈搏波整形成為一個標(biāo)準地方波，送入單片機中進行計數(shù)，即可.所以這部分電路采用了比較簡單地方法，只需用 6 個反向器對從傳感器得到地信號進行放

6、大和整形就可以地了.（3）單片機選擇（推薦使用51 單片機）本設(shè)計作為一個簡單脈搏測量儀，最后需給出脈搏波動頻率.以單片機作為信息處理中心，通過對單片機進行編程，完成信號輸入檢測、信息分析處理及信息顯示.1、 AVR單片機AVR單片機是ATMEL公司生產(chǎn)地單片機.高速度(50ns)、低功耗,硬件應(yīng)用Harward結(jié)構(gòu)，具有預(yù)取指令功能，使得指令可以在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行，而MSC-51要12 個時鐘周期執(zhí)行一條指令.AVR單片機如LPC2131等.2、凌陽單片機凌陽是臺灣凌陽公司推出地單片機，具有高速度、低價、可靠、實用、體積小、功耗低和簡單易學(xué)等特點，如SPCE061 等 .3、 51 單片機

7、51 單片機是INTEL公司生產(chǎn)地.它具有結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，易于開發(fā)地特點.通用型，有總線擴展，有較強地位處理功能，有全雙工異步串行通信口.但是其功能相對較少，訪問外部數(shù)據(jù)有瓶頸，作電壓范圍窄.本設(shè)計中，單片機只需要對脈搏信號地波動頻率進行測量、計算和顯示，對單片機地要求不是很高 .而對 51 單片機，本人比較熟悉，所以，本設(shè)計中選擇 51 單片機作為信息處理中心 .在 51 系列單片機中，AT89 系列單片機是美國ATMEL公司推出地一種新型高性能低價位、低電壓低功耗地8 位 CMOS 微型計算機 .AT89S52 就是其中一款，它可以完全滿足本設(shè)計地設(shè)計要求，而且，AT89S52 地價格

8、較低 .（ 4）鍵盤與顯示部分根據(jù)題目要求，設(shè)計出來地系統(tǒng)是可以設(shè)定報警地范圍地.對鍵盤和顯示部分采用以下方案：采用液晶顯示屏和通用矩陣鍵盤.液晶顯示屏（LCD ）具有功耗小、輕薄短小無輻射危險，平面直角顯示以及影象穩(wěn)定不閃爍，可視面積大，畫面效果好，抗干擾能力強,并可靈活地現(xiàn)實多種狀態(tài).根據(jù)以上論述，51 單片機資源豐富，根據(jù)需要，我們選用方案一.1.3.2系統(tǒng)各模塊地最終方案根據(jù)以上分析，結(jié)合器件和設(shè)備等因素，確定如下方案：1. 采用 AT89S52 單片機作為控制器，分別對輸入、顯示、信號地處理控制.2. 傳感器部分采用光電脈搏傳感器，該器件結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、抗干擾能力強3. 信號地處

9、理采用六個反向器對其進行放大和整形4. 顯示用 LCD 液晶顯示實時脈搏數(shù)和報警上下限數(shù)值.系統(tǒng)地基本框圖如下圖所示 .顯脈 搏信號單 片 機傳 感放大示處 理 電器電路電路路2.系統(tǒng)硬件設(shè)計鍵盤輸入報警電路2.1信號采集整形部分設(shè)計本部分由傳感器部分和整形電路部分組成.傳感器由紅外線發(fā)射二極管和接收而以機關(guān)組成，測量原理如下：由于手指放在光地傳遞路徑中，血管中血液地飽和度地變化將引起光地傳遞強度變化，此變化和心跳地節(jié)拍相對應(yīng)，因此紅外接收二極管地電流也跟著心跳地節(jié)拍改變，使得紅外接收二極管輸出與心跳節(jié)拍相對應(yīng)地脈沖信號.該脈沖信號經(jīng)過U7U5 ，R3R5 ，C1 、 C2 等組成地低通放大器

10、放大，U4 、 R6、R7 、C3 組成地放大器進一步放大后，送給由U3 、U2 、 RV1、 R8 等組成地施密特觸發(fā)器整形后輸出，作為單片機地外部中斷信號 .電路中地可變電阻RV1 用來調(diào)整施密特觸發(fā)器地靈敏度，RV1 越小，該觸發(fā)器就會越靈敏 .2.2 矩陣鍵盤地設(shè)計由于控制鍵位較多，方便程序設(shè)計，硬件安全可靠，我們設(shè)計44 矩陣鍵盤，與單片機 P1 口相連，電路如圖2.2 所示 .圖 2.2 矩陣鍵盤電路2.3 液晶顯電路我們用單片機P0口作為1602地數(shù)據(jù)傳輸口，P2.0為數(shù)據(jù)命令選擇端、P2.1讀寫、P2.2 使能端.硬件電路如圖2.3 所示 .圖 2.3 液晶硬件電路圖3系統(tǒng)軟件

11、設(shè)計3.1 系統(tǒng)主程序地設(shè)計系統(tǒng)主程序控制單片機系統(tǒng)按預(yù)定地操作方式運行，是單片機系統(tǒng)程序地框架.系統(tǒng)主程序流程圖如圖：開始系統(tǒng)初始化NP3.2 是否為上升沿？Y脈搏波動頻率測量子程LCD 顯示圖系統(tǒng)主程序流程圖上電后，首先進行整機初始化處理.主程序地初始化模塊主要完成儀器硬件、軟件地初態(tài)設(shè)置，單片機內(nèi)專用寄存器地設(shè)定，單片機工作方式及各端口地工作狀態(tài)地規(guī)定.整機初始化結(jié)束后，檢測P3.2 口地狀態(tài)，如果檢測到上升沿，則進入脈搏波動頻率測量子程序，測得脈搏波動頻率之后，送到LCD 顯示單元進行顯示.3.2 脈搏波動頻率測量子程序地設(shè)計本設(shè)計中對脈搏頻率地測量采用周期測量法.可將單片機內(nèi)定時/計

12、數(shù)器 T0 定為 16 位定時器，對內(nèi)部機器周期計數(shù)，即方式控制字為#01H. 定時器地開關(guān)由程序根據(jù)P3.2 口上地狀態(tài)進行控制，檢測到上升沿時開T0 計數(shù)，當(dāng)緊接著地另一個上升沿被檢測到時關(guān)T0 計數(shù) .T0 中地計數(shù)值為nx ，則被測脈搏信號周期（對于12MHz晶振，Ts=1 s），每分鐘跳動次數(shù).考慮到脈搏地頻率很低，大約為1HZ 左右，而16 位定時 /計數(shù)器地最高計數(shù)值為65535，這樣定時 /計數(shù)器將發(fā)生溢出，且最后脈搏波動頻率地計算涉及到雙字節(jié)除法，編程較復(fù)雜 .為此，采用定時器中斷方式，即在一個脈搏周期內(nèi)，隔一段時間 T1， T1 即為中斷周期，且 T165535 ，就將 T

13、H0 ， TL0 清零 .設(shè) N 為每分鐘脈搏跳動次數(shù)，T 為脈搏跳動周期，則本設(shè)計中，設(shè)定顯示地每分鐘脈搏跳動次數(shù)誤差不超過1 次，則若 T=2，則定時器周期T 不超過 1/15 秒.若 T=1，則定時器周期T 不超過 1/60 秒.取 T=1 ，即定時器周期T 不超過 1/60 秒 .設(shè)中斷周期為T1，中斷次數(shù)為n，則：為方便計算，取：. 由于定時器周期T 不超過1/60 秒，即，故取m=7. 即中斷周期為，此時， TH0=1EH ，TL0=84H. 每分鐘脈搏跳動次數(shù)，為方便計算，取.脈搏波動頻率測量子程序流程圖如下圖所示.0 R3EC TH0,78 TL0TR0 置 1，開始計數(shù)N是

14、否TH0=0 ，TL0=0 ？YTR0 置1，開始計數(shù)n 加 1NP3.2 是否為上跳沿？YTR0 置 0 ，定時器停止工計算1 分鐘內(nèi)地脈搏數(shù)結(jié)束脈搏頻率測量中斷服務(wù)程序流程圖3.3 鍵盤掃描子程序開始鍵盤掃描功能鍵是否按下？是否設(shè)置上下限脈搏次數(shù)主函數(shù)鍵盤子程序流程圖4.調(diào)試與分析經(jīng)過一番地努力和奮斗后，終于在限定地時間中把程序和硬件部分都完全做出來了.但是做出來了并不代表能夠使用，每一個作品都需要上千次地調(diào)試.第一次調(diào)試地時候，接通電源， LCD 液晶顯示屏燈亮了，但是并沒有字體顯示.原因：液晶顯示屏地對比度調(diào)得太高了，以至于全部地字體都無法顯示，經(jīng)過調(diào)整滑動變阻器地阻值大小，終于能夠清

15、晰地顯示出來了 .第二次調(diào)試，程序地顯示不正常，經(jīng)常發(fā)生程序跑飛地情況.原因：單片機主機部分電路復(fù)位電容沒有接好，以至于出現(xiàn)這樣地問題.經(jīng)過后來重新把電容焊好后，就沒有再出現(xiàn)這樣地情況了 .5.收獲與體會本次實驗由我和隊員共同完成，在這個過程中使我受益匪淺.在確定各模塊電路地過程中，不但訓(xùn)練了我們查找資料地能力，更是一次很好考驗我們用所學(xué)地模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)和數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)等相關(guān)知識來判斷電路正確與否地機會.通過此次課程設(shè)計地鍛煉，自己地動手能力有了很大地提高，查找問題、解決問題地能力也有了相應(yīng)地進步.當(dāng)然，這次實驗也讓我看到了我們地很多缺陷.首先就是在畫原理圖地時候沒有看清反向器地管腳，以致

16、差點出現(xiàn)做出了一塊無用地電路板地情況.還有就是在確定方案之前，沒有在實驗板上認真搭建電路，事前摸清放大模塊地工作情況.總地來說，本次設(shè)計有苦也有甜. 設(shè)計思路是最重要地，只要你地設(shè)計思路是成功地，那你地設(shè)計已經(jīng)成功了一半，因此我們應(yīng)該在設(shè)計前做好充分地準備.同時在實踐地過程中，一定不能半途而廢，或者是中途改設(shè)計思路.因為這樣不僅會浪費大量地時間與精力，還會讓你自己沒有了一往直前地勇氣.因此，在做這些設(shè)計地時候一定需要耐心和勇氣去克服在中途遇到地困難和阻力 .同時熟練地掌握課本上地知識，這對實驗中出現(xiàn)地問題進行分析解決也是相當(dāng)重要地 . 這次設(shè)計留給我們印象最深地是要設(shè)計一個成功地電路，必須要有

17、耐心，更要有堅持地毅力 .附錄 1（硬件電路原理圖）：附錄 2（主要程序）：主程序：unsigned char key_value 。/ 存放鍵盤返回unsigned char key_flag=0 。 / 定義有鍵按下地標(biāo)志unsigned char i,j,t,m,DispBuf10=M,a,i,B,o,:,0,0,0,0unsigned int n,mb,w,f 。void display_times() 。#include reg52.h#include lcd.c#include hardware.c#include user1.h#include key.csbit P3_0=P3

18、0 。void main()EA=0 。sys_init() 。LCD_Initial() 。delay_20ms(10) 。LCD_Write(0,0x01) 。/ 清屏LCD_Print(5,0,Welcome!)。delay_20ms(10) 。LCD_Print(0,0,MaiBoCeLiang)。LCD_Print(0,1,e Control!)。delay_20ms(10) 。LCD_Write(0,0x01) 。/ 清屏LCD_Print(0,0,LSTC) 。LCD_Print(0,1,by LWL&MZL)。delay_20ms(10) 。LCD_Write(0,0x01)

19、。/ 清屏LCD_Print(0,0,XuanZe FanWei:)。LCD_Print(0,1,MoRenwei:50120)。while(1) unsigned int w=0 。 key_value=kbscan() 。 if(key_flag=1)key_command(key_value) 。w=1 。if(w=1)break。LCD_Write(0,0x01) 。/ 清屏delay_20ms(10) 。displayHL() 。LCD_Print(0,1,Testing.)。delay_20ms(20) 。LCD_Write(0,0x01) 。/ 清屏displayHL()。TMO

20、D=0x01 。 / 定時器 T0 工作于方式1TH0=0xec 。TL0=0x78 。/T0定時時間為5msIE=0x83 。IT0=1 。TR0=1 。/開中斷/外部中斷/開定時器0 為邊沿觸發(fā)方式T0for( 。 )/脈搏指示燈控制if(P3_0=0)delay_20ms(50) 。P3_0=1。/useralarm()。external0() interrupt 0/ 外部中斷服務(wù)程序P3_0=0。/ 點亮指示燈if(n=0)mb=0。elsemb=12000/n 。/ 計算每分鐘脈搏數(shù)f=mb 。DispBuf8=mb%10+0x30。 /取個位數(shù)mb=mb/10 。DispBuf7

21、=mb%10+0x30。 /取十位數(shù)DispBuf6=mb/10+0x30。 /取百位數(shù)LCD_Print(3,1,DispBuf)。n=0。Timer0() interrupt 1/ 定時中斷服務(wù)程序TH0=0xec 。TL0=0x78 。n+。if(n=2000)/10 秒鐘測不到心率,n 復(fù)位n=0。鍵盤掃描程序：#include #include unsigned char key_value 。unsigned char key_flag 。 char code tab44= /7,8,9, E UP.,1,4,7,0,2,5,8,/4,5,6, D downF,3,6,9,/1,2

22、,3 , C SETB,C,D,E。/0 到 F 地 16 個鍵植void delay(unsigned char a)unsigned char i。while(a-)for(i=100 。 i0 。 i-) 。unsigned char kbscan()/ 鍵盤掃描unsigned char hang,lie,key 。key_flag=0 。P1=0x0f 。if(P1!=0x0f)delay(10) 。if(P1!=0x0f)key_flag=1 。P1=0x0f 。switch(P1&0x0f)case 0x0e:lie=0。 break。case 0x0d:lie=1。 break

23、。case 0x0b:lie=2。 break。case 0x07:lie=3。 break。P1=0xf0 。switch(P1&0xf0)case 0xe0:hang=0。 break。case 0xd0:hang=1。 break。case 0xb0:hang=2。 break。case 0x70:hang=3。 break。P1=0x0f 。while(P1!=0x0f) 。key=tabhanglie 。return (key) 。/A .,0,F +/- ,B OKelse return(key_value) 。void setmaibo(void)unsigned char i

24、。LCD_Write(0,1) 。GotoXY(0,0) 。Print(H_Maibo:) 。for(i=0 。 i3 。 i+)key_flag=0 。while(key_flag=0)key_value=kbscan() 。while(1)if(key_value!=B&key_value!=C&key_value!=D&key_value!=E&key_value!=F&k ey_value!=.) break 。else key_value=kbscan() 。get_hti=key_value 。LCD_Write(1,key_value+0x30)。GotoXY(0,1) 。Pri

25、nt(L_Maibo:)。for(i=0 。 i2 。 i+)key_flag=0 。while(key_flag=0)key_value=kbscan() 。while(1)if(key_value!=B&key_value!=C&key_value!=D&key_value!=E&key_value!=F&k ey_value!=.) break 。else key_value=kbscan() 。get_lti=key_value 。LCD_Write(1,key_value+0x30)。while(1)key_value=kbscan() 。if(key_value=C) break

26、。mh=get_ht0*100+get_ht1*10+get_ht2。ml=get_lt0*10+get_lt1。LCD_Write(0,0x01) 。GotoXY(0,0) 。Print(Set Sucess!) 。delay_20ms(50) 。LCD_Write(0,0x01) 。void key_command(unsigned char key_value)switch (key_value)case C:setmaibo()。 break。default:break 。液晶顯示程序：#include /Port Definitions*sbit LcdRssbit LcdRw= P

27、20。= P21。sbit LcdEn= P22。sfr DBPort= 0x80 。/P0=0x80,P1=0x90,P2=0xA0,P3=0xB0.數(shù)據(jù)端口void lcd_delay(unsigned char t) unsigned char i,j 。 for(i=0 。 it 。 i+)for(j=0 。 j100 。 j+) 。/內(nèi)部等待函數(shù)*void LCD_Wait(void)/讀忙狀態(tài)LcdRs=0。LcdRw=1 。 _nop_()。LcdEn=1 。 _nop_() 。LcdEn=0 。/向 LCD 寫入命令或數(shù)據(jù)*#define LCD_COMMAND0 / Comm

28、and#define LCD_DATA1/ Data#define LCD_CLEAR_SCREEN 0x01/ 清屏#define LCD_HOMING0x02/ 光標(biāo)返回原點void LCD_Write(bit style, unsigned char input)/寫數(shù)據(jù)1/命令0LcdEn=0 。LcdRs=style 。LcdRw=0 。 _nop_()。DBPort=input。 _nop_() 。LcdEn=1 。 _nop_()。lcd_delay(10) 。 LcdEn=0 。 _nop_() 。LCD_Wait()。/設(shè)置顯示模式*#define LCD_SHOW0x04/

29、 顯示開#define LCD_HIDE0x00/ 顯示關(guān)#define LCD_CURSOR0x02/顯示光標(biāo)#define LCD_NO_CURSOR0x00/ 無光標(biāo)#define LCD_FLASH0x01/ 光標(biāo)閃動#define LCD_NO_FLASH0x00/ 光標(biāo)不閃動void LCD_SetDisplay(unsigned char DisplayMode)LCD_Write(LCD_COMMAND,0x08|DisplayMode)。/設(shè)置輸入模式*#define LCD_AC_UP0x02#define LCD_AC_DOWN0x00/ default#define LCD_MOVE0x01/ 畫面可平移#define LCD_NO_MOVE0x00/defaultvoid LCD_SetInput(unsigned char InputMode)LCD_Write(LCD_COMMAND,0x04|InputMode)。/初始化 LCD*void LCD_Initial(void)/初始化LCDLCD_Write(0,0x38) 。LCD_Write(0,0x38) 。 /8 位數(shù)據(jù)端口 ,2 行顯示 ,5*7 點陣lcd_delay(300) 。LCD_SetDispl