基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量?jī)x 2 - 副本(共54頁)

1、PAGE 貴 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 PAGE 47 頁P(yáng)AGE 設(shè)計(jì)題目(tm)：便攜式心率測(cè)試儀 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(shj) 2014年5月20日 貴州大學(xué)本科(bnk)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠(chéng)信(chn xn)責(zé)任書本人(bnrn)鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)），是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所完成。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等，均已明確注明出處。特此聲明。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc232411084 摘 要 PAGEREF _Toc232411084 h I HYPERLIN

2、K l _Toc232411085 Abstract PAGEREF _Toc232411085 h II HYPERLINK l _Toc232411086 概述(i sh) PAGEREF _Toc232411086 h 1 HYPERLINK l _Toc232411087 選題的背景(bijng)和意義 PAGEREF _Toc232411087 h 1 HYPERLINK l _Toc232411088 脈搏測(cè)量?jī)x的發(fā)展(fzhn)與應(yīng)用 PAGEREF _Toc232411088 h 2 HYPERLINK l _Toc232411089 第1章 脈搏測(cè)量?jī)x系統(tǒng)結(jié)構(gòu) PAGEREF

3、 _Toc232411089 h 4 HYPERLINK l _Toc232411090 1.1 光電脈搏測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc232411090 h 4 HYPERLINK l _Toc232411091 1.2工作原理 PAGEREF _Toc232411091 h 5 HYPERLINK l _Toc232411092 1.3光電脈搏測(cè)量?jī)x的特點(diǎn) PAGEREF _Toc232411092 h 5 HYPERLINK l _Toc232411093 第2章 硬件系統(tǒng) PAGEREF _Toc232411093 h 7 HYPERLINK l _Toc232411094 2

4、.1 控制器 PAGEREF _Toc232411094 h 7 HYPERLINK l _Toc232411095 2.1.1 AT89S52 簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc232411095 h 7 HYPERLINK l _Toc232411096 2.1.2 AT89S52 的特點(diǎn) PAGEREF _Toc232411096 h 7 HYPERLINK l _Toc232411097 2.1.3 AT89S52 的結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc232411097 h 7 HYPERLINK l _Toc232411098 2.2脈搏信號(hào)采集 PAGEREF _Toc232411098

5、h 9 HYPERLINK l _Toc232411099 2.2.1光電傳感器的原理 PAGEREF _Toc232411099 h 10 HYPERLINK l _Toc232411100 2.2.2光電傳感器的結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc232411100 h 10 HYPERLINK l _Toc232411101 2.2.3 光電傳感器檢測(cè)原理 PAGEREF _Toc232411101 h 11 HYPERLINK l _Toc232411102 2.2.4信號(hào)采集電路 PAGEREF _Toc232411102 h 11 HYPERLINK l _Toc232411103 2.

6、3信號(hào)放大 PAGEREF _Toc232411103 h 12 HYPERLINK l _Toc232411104 2.3.1放大器的介紹 PAGEREF _Toc232411104 h 12 HYPERLINK l _Toc232411105 2.3.2 放大電路 PAGEREF _Toc232411105 h 13 HYPERLINK l _Toc232411106 2.4 波形整形電路 PAGEREF _Toc232411106 h 14 HYPERLINK l _Toc232411107 2.5單片機(jī)處理電路 PAGEREF _Toc232411107 h 16 HYPERLINK

7、l _Toc232411108 2.6 顯示電路 PAGEREF _Toc232411108 h 17 HYPERLINK l _Toc232411109 2.6.1 LED 的綜述 PAGEREF _Toc232411109 h 18 HYPERLINK l _Toc232411110 2.6.2 LED 的結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc232411110 h 18 HYPERLINK l _Toc232411111 2.6.3 LED數(shù)碼管的顯示(xinsh)方法 PAGEREF _Toc232411111 h 19 HYPERLINK l _Toc232411112 2.6.4 脈搏(m

8、ib)測(cè)量?jī)x電路原理圖 PAGEREF _Toc232411112 h 20 HYPERLINK l _Toc232411113 第3章 軟件系統(tǒng) PAGEREF _Toc232411113 h 21 HYPERLINK l _Toc232411114 3.1 主程序流程： PAGEREF _Toc232411114 h 21 HYPERLINK l _Toc232411115 3.2 定時(shí)器中斷(zhngdun)程序流程： PAGEREF _Toc232411115 h 21 HYPERLINK l _Toc232411116 3.3 INT中斷程序流程： PAGEREF _Toc23241

9、1116 h 22 HYPERLINK l _Toc232411117 3.4 顯示程序流程： PAGEREF _Toc232411117 h 23 HYPERLINK l _Toc232411118 3.5 軟件說明 PAGEREF _Toc232411118 h 23 HYPERLINK l _Toc232411119 第4章 抗干擾措施及使用方法30 HYPERLINK l _Toc232411120 4.1抗干擾措施30 HYPERLINK l _Toc232411121 4.1.1環(huán)境光對(duì)脈搏傳感器測(cè)量的影響30 HYPERLINK l _Toc232411122 4.1.2電磁干擾

10、對(duì)脈搏傳感器的影響30 HYPERLINK l _Toc232411123 4.1.3 測(cè)量過程中運(yùn)動(dòng)噪聲的影響31 HYPERLINK l _Toc232411124 4.2測(cè)量?jī)x使用方法31 HYPERLINK l _Toc232411125 第5章 系統(tǒng)調(diào)試32 HYPERLINK l _Toc232411126 5.1 系統(tǒng)調(diào)試32 HYPERLINK l _Toc232411127 5.2 系統(tǒng)檢驗(yàn)33 HYPERLINK l _Toc232411128 5.3 誤差分析35 HYPERLINK l _Toc232411129 總 結(jié)36 HYPERLINK l _Toc232411

11、130 參考文獻(xiàn)38 HYPERLINK l _Toc232411132 致 謝 PAGEREF _Toc232411132 h 39摘 要脈搏測(cè)量?jī)x在我們的日常生活中已經(jīng)得到了非常廣泛(gungfn)的應(yīng)用。為了提高脈搏測(cè)量?jī)x的簡(jiǎn)便性和精確度，本課題(kt)設(shè)計(jì)了一種(y zhn)基于51單片機(jī)的脈搏測(cè)量?jī)x。系統(tǒng)以AT89S52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)，時(shí)間由定時(shí)器定時(shí)而得。系統(tǒng)運(yùn)行中能顯示脈搏次數(shù)和時(shí)間，系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)，能夠顯示總的脈搏次數(shù)和時(shí)間。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)工作

12、正常，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：脈搏測(cè)量?jī)x；AT89S52單片機(jī)；光電傳感器 AbstractPulse measuring instrument has been widely used in our daily life. In order to increase its simplicity and accuracy, this subject designs one system based on single-chip microcomputer and infrared light emitting diode and photo transistor as sensors, and

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

14、when it stops. After testing, the system works well and meets the design requirements.Keywords：Pulse measurement; AT89S52 single-chip microcomputer;photoelectric sens前言(qin yn) 選題的背景(bijng)和意義脈搏攜帶有豐富的人體健康狀況的信息，自公元三世紀(jì)我國(guó)最早的脈學(xué)專著脈經(jīng)問世以來，脈學(xué)理論得到不斷的發(fā)展和提高。在中醫(yī)四診（望、聞、問、切）中，脈診占有非常重要的位置。脈診是我國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中最具特色的一項(xiàng)診斷方法，其歷史

15、悠久，內(nèi)容豐富，是中醫(yī)“整體觀念”、“辨證論證”的基本精神的體現(xiàn)與應(yīng)用。脈診作為“綠色無創(chuàng)”診斷的手段和方法，得到了中外人士的關(guān)注。但由于(yuy)中醫(yī)是靠手指獲取脈搏信息，雖然脈診具有簡(jiǎn)便、無創(chuàng)、無痛的特點(diǎn)易為患者接受，然而在長(zhǎng)期的醫(yī)療實(shí)踐中也暴露出一些缺陷。首先，切脈單憑醫(yī)生手指感覺辨別脈象的特征，受到感覺、經(jīng)驗(yàn)和表述的限制，并且難免存在許多主觀臆斷因素，影響了對(duì)脈象判斷的規(guī)范化；其次，這種用手指切脈的技巧很難掌握；再則，感知的脈象無法記錄和保存影響了對(duì)脈象機(jī)理的研究。脈診的這種定性化和主觀性，大大影響了其精度與可行性，成為中醫(yī)脈診應(yīng)用、發(fā)展和交流中的制約因素。為了將傳統(tǒng)的中醫(yī)藥學(xué)發(fā)揚(yáng)光大

16、，促進(jìn)脈診的應(yīng)用和發(fā)展，必須與現(xiàn)代科技相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更科學(xué)、客觀的診斷1。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)。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

17、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)2。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(mixing)、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

18、技術(shù)先進(jìn)的脈搏測(cè)量?jī)x。 脈搏(mib)測(cè)量?jī)x的發(fā)展與應(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(xinhu)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3。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

19、，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)

20、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(chunb)，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)(xngti)(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(mnz

21、)采集的第1章 脈搏(mib)測(cè)量?jī)x系統(tǒng)結(jié)構(gòu)脈搏測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)(shj)，必須是通過采集人體脈搏變化引起的一些生物信號(hào)，然后把生物信號(hào)轉(zhuǎn)化為物理信號(hào)，使得這些變化的物理信號(hào)能夠表達(dá)人體的脈搏變化，最后要得出每分鐘的脈搏次數(shù)。在硬件設(shè)計(jì)中一般的物理信號(hào)就是電壓變化，有了這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，本課題就此開始實(shí)施。1.1 光電脈搏(mib)測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)光電脈搏測(cè)量?jī)x是利用光電傳感器作為變換原件，把采集到的用于檢測(cè)脈搏跳動(dòng)的紅外光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，用電子儀表進(jìn)行測(cè)量和顯示的裝置。本系統(tǒng)的組成包括光電傳感器、信號(hào)處理、單片機(jī)電路、液晶顯示、電源等部分。1光電傳感器即將非電量(紅外光)轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件，它由紅

22、外發(fā)射二極管和接收三極管組成，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 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AT89S52、外部晶振、外部中斷等）。4液晶顯示即把單片機(jī)計(jì)算得出的結(jié)果用LCD1602來顯示，便于直接準(zhǔn)確無誤的讀出數(shù)據(jù)。5. 電源即向光電傳感器、信號(hào)處理、單片機(jī)提供的電源，可以是5V的直流的穩(wěn)壓電源。1.2工作(gngzu)原理本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)AT89S52為控制核心(hxn)，實(shí)現(xiàn)

23、脈搏測(cè)量?jī)x的基本測(cè)量功能。脈搏測(cè)量?jī)x硬件(yn jin)框圖如下1.1 所示：外部中斷信號(hào)光電傳感器放大器比較器單片機(jī)AT89S52液晶顯示電路外部晶振圖 1.1 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)果送到液晶顯示。1.3光電脈搏測(cè)量?jī)x的特點(diǎn)與

24、傳統(tǒng)的脈搏測(cè)量?jī)x相比，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直流電壓。4. 穩(wěn)定性好、磨損小、壽命長(zhǎng)、維修(wixi)方便。5. 由于結(jié)構(gòu)(jigu)簡(jiǎn)單，因此體積小、重量輕、性價(jià)比優(yōu)越。6. 測(cè)量(cling)的有效范圍為50次-199次/分鐘。 第2章 硬件(yn jin)系統(tǒng)2.1 控制器本系統(tǒng)(xtng)基于51系列單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橄到y(tǒng)沒有其它高標(biāo)準(zhǔn)的要求，我們最終選擇了AT89S52通用的比較普通單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。2.1.1 AT89S52 簡(jiǎn)介(jin ji)

25、AT89S5l是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能的CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器(PEROM)和128 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)置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大AT89CSl單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。2.1.2 AT89S52 的特點(diǎn)與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容4k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器1000次擦寫周期全靜態(tài)操作：OHz-24MHz三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器128*

26、8字節(jié)內(nèi)部RAM32個(gè)可編程IO口線2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器6個(gè)中斷源可編程串行UART通道低功耗空閑和掉電模式2.1.3 AT89S52 的結(jié)構(gòu)(jigu)此次設(shè)計(jì)所使用(shyng)的AT89S52 的封裝形式是DIP40。如圖2.1 所示。圖2.1 AT89S52 的封裝形式(xngsh)引腳功能：Vcc：電源電壓GND：接地P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I0口，也即地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口寫“1”可作為高阻抗轉(zhuǎn)入端用。Pl口：P1是個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向IO口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯

27、門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因內(nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電萌。P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向IO口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。P3口：可以(ky)作為輸入/輸出口，外接輸入/輸出設(shè)備。作為第二功能使用，每一位功能定義如表2.1 所示。表2.2 P3 口的第二(d r)功能RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引

28、腳出現(xiàn)(chxin)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)(z ji)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振器頻率的16輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。PSEN：程序存儲(chǔ)允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S52由外部程序存儲(chǔ)器取指令(或數(shù)據(jù))時(shí)每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的PSEN信號(hào)不出現(xiàn)。EAVPP：EA 0，單片機(jī)只訪問外部程序存儲(chǔ)器。EA 1，單片機(jī)訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器

29、。XTALI：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。2.2脈搏信號(hào)采集目前脈搏波檢測(cè)系統(tǒng)有以下幾種檢測(cè)方法：光電容積脈搏波法、液體耦合腔脈搏傳感器、壓阻式脈搏傳感器以及應(yīng)變式脈搏傳感器。近年來, 光電檢測(cè)技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用中發(fā)展很快, 這主要是由于光能避開強(qiáng)烈的電磁干擾, 具有很高的絕緣性, 且可非侵入地檢測(cè)病人各種癥狀信息,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無損傷、精度高、可重復(fù)好等優(yōu)點(diǎn)6。用光電法提取指尖脈搏光信息受到了從事生物醫(yī)學(xué)儀器工作的專家和學(xué)者的重視。2.2.1光電傳感器的原理(yunl)根據(jù)朗伯一比爾(LamberBeer)定律(dngl)，物質(zhì)在一定波長(zhǎng)

30、處的吸光度和他的濃度成正比。當(dāng)恒定波長(zhǎng)的光照射到人體組織上時(shí)，通過人體組織吸收、反射衰減后，測(cè)量到的光強(qiáng)將在一定程度上反映了被照射部位組織的結(jié)構(gòu)特征7。脈搏主要由人體動(dòng)脈舒張和收縮產(chǎn)生的，在人體指尖組織中的動(dòng)脈成分含量高，而且指尖厚度相對(duì)其他人體組織而言比較薄，透過手指后檢測(cè)到的光強(qiáng)相對(duì)較大，因此(ync)光電式脈搏傳感器的測(cè)量部位通常在人體指尖。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)于動(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)脈血的充盈而引起的，那么在恒定波長(zhǎng)的光源照射下，通過檢測(cè)透過手指

31、的光強(qiáng)將可以間接測(cè)量到人體的脈搏信號(hào)7。2.2.2光電傳感器的結(jié)構(gòu)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。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2種8。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

32、用了指套式的透射型光電傳感器, 實(shí)現(xiàn)了光電隔離,減少了對(duì)后級(jí)模擬電路的干擾。結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。圖2.3 透射(tu sh)式光電傳感器2.2.3 光電傳感器檢測(cè)(jin c)原理檢測(cè)原理是: 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(xinxing)在人體組織較薄的手指尖、耳垂等部位最為明顯5。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

33、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9，即可實(shí)時(shí)的測(cè)出脈搏的次數(shù)。2.2.4信號(hào)采集電路圖2.3是脈搏信號(hào)的采集電路，L2，L3分別是紅外發(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)R21阻值的選取要求較高。R21選擇360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。R21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，R21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

34、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U2A輸入端而造成錯(cuò)誤指示，用C8耦合電容把它隔斷10。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，信號(hào)首先經(jīng)R7濾除高頻干擾，再由耦合電容C8加到線性放大輸入端。圖2.4 信號(hào)采集(cij)電路2.3信

35、號(hào)(xnho)放大(fngd)有余人體的脈搏(mib)通常為50200次/分鐘，對(duì)應(yīng)的頻率范圍在0.83Hz3.33Hz之間，因此經(jīng)紅外檢測(cè)采集到并轉(zhuǎn)換得到的電信號(hào)頻率就非常低。為了防止信號(hào)因外界高頻信號(hào)干擾而使檢測(cè)結(jié)果有誤，信號(hào)就必須先進(jìn)行低通濾波，以便濾出絕大部分的高頻干擾。而且脈搏儀所使用的地點(diǎn)不能保證是陰暗的室內(nèi)，所以要考慮到強(qiáng)光對(duì)其測(cè)量的干擾。此外，低頻信號(hào)需要經(jīng)過多倍放大和整形，才能被主控模塊所接受和處理。信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊會(huì)使用到LM358運(yùn)算放大器。主要參數(shù)和特性如下：LM358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)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

36、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可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。3特性(Features): 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 15V) 低功耗電流，適合于電池供電 低輸入偏流 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)4表 2-5 LM358引腳功能(gngnng)說明 引腳序號(hào)英文縮寫集成電路引腳功能電阻參數(shù)（K）直流電壓參數(shù)

37、（V）正筆接地負(fù)筆接地有信號(hào)無信號(hào)AMPout1放大信號(hào)（1）輸出1776.56.5IN1-反向信號(hào)（1）輸入197.56.56.5IN1+同向信號(hào)（1）輸入4.94.96.36.3GND接地0000IN2-反向信號(hào)（2）輸入4.94.96.36.3IN2+同向信號(hào)（2）輸入5886.46.4AMPout2放大信號(hào)（2）輸出186.96.46.4Vcc電源電壓+12V0.430.4312122.3.2 放大(fngd)電路按人體脈搏在運(yùn)動(dòng)后跳動(dòng)次數(shù)達(dá)200次/分鐘的計(jì)算(j sun)來設(shè)計(jì)低通放大器，如圖2.6所示。RW1、C6，C8,C9組成低通濾波器以進(jìn)一步濾除殘留的干擾，截止頻率由R8、

38、C6，C8,C9決定，運(yùn)放U2A將信號(hào)放大，放大倍數(shù)由R8和RW1的比值決定。圖2.6 低通放大(fngd)電路根據(jù)一階有源濾波(lb)電路的傳遞函數(shù)，可得：放大(fngd)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(txng)是令人滿意的。經(jīng)過低通放大(fngd)后輸出的信號(hào)是疊加有噪聲的脈動(dòng)正弦波。波形如圖2.7所示。圖2.72.4 波形(b xn)整形電路波形整形電路如圖2.8所示，U2B是一個(gè)電壓比較器，在電壓比較器的負(fù)向電壓輸入端通過R9、R10分壓得到2.5V的基準(zhǔn)電壓，放大后的信號(hào)通過C7電容耦合進(jìn)入比較器，當(dāng)輸入的電壓低于2.5

39、v時(shí)，U2B的第七引腳輸出高電平，發(fā)光二極管D2亮，并且輸入單片機(jī)進(jìn)行參與運(yùn)算處理，反之輸出低電平，發(fā)光二級(jí)滅。電路如圖所示：經(jīng)過(jnggu)比較器U2B的輸出(shch)波形：圖2.82.5單片機(jī)處理(chl)電路 如圖2.9所示，本部分(b fen)運(yùn)用了ATMEL公司的AT89S52單片機(jī)作為核心元件，在這里運(yùn)用單片機(jī)能更快更準(zhǔn)確地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，而且可以根據(jù)實(shí)際情況(qngkung)進(jìn)行編程，所用外圍元件少，輕巧省電，故障率低。來自傳感和整形輸出電路的脈沖電平輸入單片機(jī)AT89S52的/INTO腳，單片機(jī)設(shè)為負(fù)跳變中斷觸發(fā)模式，對(duì)脈沖進(jìn)行技術(shù)，然后P0口控制液晶顯示圖2.9 單片機(jī)處

40、理(chl)電路2.6 顯示(xinsh)電路本設(shè)計(jì)的顯示(xinsh)采用LCD來顯示顯示電路如圖2.10。圖2.10 顯示(xinsh)電路2.6.1 1602字符(z f)型LCD簡(jiǎn)介(jin ji)字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD，本設(shè)計(jì)采用16列*2行的字符型LCD1602帶背光的液晶顯示屏。1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:162個(gè)字符芯片工作電壓:4.55.5V工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm2.6.2 1602引腳功能說明各引腳接口說明如表所示:表2-11編號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符

41、號(hào)引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極表2-11：引腳接口(ji ku)說明：第1腳：VSS為地電源(dinyun)。第2腳：VDD接5V正電源(dinyun)。第3腳：VL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，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/W

42、為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。2.6.3 1602LCD的指令說明及時(shí)序1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表2-3所示：表2-12序號(hào)指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001

43、I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01BF計(jì)數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容表2-12字符控制(kngzh)命令說明：1602液晶模塊的讀寫操作(cozu)、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令(zhlng)1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址0

44、0H。指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。指令7：字

45、符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。指令8：DDRAM地址設(shè)置。指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。芯片時(shí)序表如下：讀狀態(tài)輸入RS=L，R/W=H，E=H輸出D0D7=狀態(tài)字寫指令輸入RS=L，R/W=L，D0D7=指令碼，E=高脈沖輸出無讀數(shù)據(jù)輸入RS=H，R/W=H，E=H輸出D0D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入RS=H，R/W=L，D0D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖輸出無表3-2基本操作時(shí)序(sh x)表讀寫操作時(shí)序(sh x)如圖2-13和2-14所示：圖2-13讀操作(cozu)時(shí)序圖2-14寫操作時(shí)序2

46、.6.4 1602LCD的RAM地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫表液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖2-15是1602的內(nèi)部顯示地址。圖2-15液晶內(nèi)部顯示(xinsh)地址例如第二行第一個(gè)字符(z f)的地址是40H，那么是否(sh fu)直接寫入40H就可以將光標(biāo)定位在第二行第一個(gè)字符的位置呢？這樣不行，因?yàn)閷懭腼@示地址時(shí)要求最高位D7恒定為高電平1所以實(shí)際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。在

47、對(duì)液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時(shí)光標(biāo)是自動(dòng)右移的，無需人工干預(yù)。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，如圖10-58所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。圖2-16 字符代碼與圖形(txng)對(duì)應(yīng)圖2.6.5 1602LCD的一般初始化（復(fù)位(f wi)）過程延時(shí)15mS寫

48、指令(zhlng)38H（不檢測(cè)忙信號(hào)）延時(shí)5mS寫指令38H（不檢測(cè)忙信號(hào)）延時(shí)5mS寫指令38H（不檢測(cè)忙信號(hào)）以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測(cè)忙信號(hào)寫指令38H：顯示模式設(shè)置寫指令08H：顯示關(guān)閉寫指令01H：顯示清屏寫指令06H：顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置寫指令0CH：顯示開及光標(biāo)設(shè)置2.6.4 脈搏(mib)測(cè)量?jī)x電路原理圖圖 2.17 電路(dinl)原理圖第3章 軟件系統(tǒng)3.1 主程序流程：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)(zhungti)

49、的設(shè)定。系統(tǒng)初始化之后, 進(jìn)行定時(shí)器中斷、外部中斷、顯示等工作，不同的外部硬件控制不同的子程序12。流程(lichng)如圖3.1所示。圖3.1 主程序流程圖3.2 定時(shí)器中斷(zhngdun)程序流程：定時(shí)器中斷服務(wù)程序由一分鐘計(jì)時(shí)、按鍵檢測(cè)、有無測(cè)試信號(hào)判斷等部分組成。當(dāng)定時(shí)器中斷開始執(zhí)行后，對(duì)一分鐘開始計(jì)時(shí)，1s計(jì)時(shí)到之后繼續(xù)檢測(cè)下1s，直到60s到了再停止并保存測(cè)得的脈搏次數(shù)。同時(shí)可以對(duì)按鍵進(jìn)行檢測(cè)，只要復(fù)位測(cè)試值就可以重新開始測(cè)試。主要完成一分鐘的定時(shí)功能和保存測(cè)得的脈搏次數(shù)。流程如圖3.2所示。27圖 3.2 定時(shí)器中斷(zhngdun)程序流程圖3.3 INT中斷(zhngdun

50、)程序流程：外部中斷服務(wù)程序完成對(duì)外部信號(hào)的測(cè)量和計(jì)算。外部中斷采用邊沿觸發(fā)的方式，當(dāng)處于測(cè)量狀態(tài)的時(shí)候，來一個(gè)脈沖脈搏次數(shù)就加一，由單片機(jī)內(nèi)部(nib)定時(shí)器控制一分鐘，累加得出一分鐘內(nèi)的脈搏次數(shù)。流程如圖3.3所示。圖 3.3 INT中斷程序流程圖3.4 顯示(xinsh)程序流程：顯示程序包括顯示上次的脈搏次數(shù)、本次測(cè)量(cling)中的時(shí)間和脈搏的次數(shù)。從中斷程序中取得結(jié)果后，先顯示上次的脈搏次數(shù)，經(jīng)過(jnggu)10ms的延時(shí)后再顯示測(cè)試中的脈搏次數(shù)，再經(jīng)過10ms的延時(shí)顯示測(cè)試中的時(shí)間。流程如圖3.4所示。圖 3.4 顯示程序流程圖3.5 軟件說明本程序采用C語言，程序的可讀性非

51、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(gnro)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(wch)。第4章 抗干擾措施(cush)及使用方法4.1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。 4.1.1環(huán)境光對(duì)脈搏傳感器測(cè)量的影響 在光電式脈搏傳感器中，光敏器件接收到的光信號(hào)不僅包含脈搏信息的透射光的信號(hào)，而且包含測(cè)量環(huán)境下的背景光信號(hào)，由于動(dòng)脈波動(dòng)引起的光強(qiáng)變化比背

52、景光的變化微弱得多，因此在測(cè)量過程當(dāng)中要保持測(cè)量背景光的恒定，減少背景光的干擾13。 測(cè)量環(huán)境下的背景光包含環(huán)境光和在測(cè)量過程中引起的二次反射光。為了減少環(huán)境光對(duì)脈搏信號(hào)測(cè)量的影響，同時(shí)考慮到傳感器使用的方便性，采用密封的指套式包裝方式，整個(gè)外殼采用不透光的介質(zhì)和顏色，盡量減小外界環(huán)境光的影響，為了避免測(cè)量過程中的二次反射光的影響，在指套式傳感器的內(nèi)層表面涂上一層吸光材料，這樣能有效減少二次反射光的干擾。 加上指套式外殼后的脈搏傳感器測(cè)量到的脈搏波形比較平滑。這是因?yàn)榧又柑资降拿}搏傳感器中環(huán)境光在測(cè)量過程中基本不受外界環(huán)境光的影響，而且能夠有效減少二次反射光，使照射到手指上的光波長(zhǎng)單一，所以得

53、到的脈搏信號(hào)較為穩(wěn)定，沒有明顯的重疊雜波信號(hào)，能夠很好的體現(xiàn)出脈搏波形的特征。 4.1.2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14。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

54、要措施之一。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(jnxng)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15。4.1.3 測(cè)量過程中運(yùn)動(dòng)噪聲(zoshng)的影響 測(cè)量過程當(dāng)中，通常情況下手指和光電式脈搏傳感器可能產(chǎn)生相對(duì)的運(yùn)動(dòng)，這樣對(duì)脈搏測(cè)量產(chǎn)生誤差，可以通過2個(gè)方面減少運(yùn)動(dòng)噪聲誤差：一是改善指套式傳感器的機(jī)械抗運(yùn)動(dòng)性，比如說使指套能夠更緊的套在手指上，不易松動(dòng)；二是

55、從脈搏信號(hào)處理(xn ho ch l)的角度，通過算法來減小誤差。對(duì)于傳感器的設(shè)計(jì)，現(xiàn)在采用的主要是第一個(gè)途徑。4.2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。把手輕輕置于右下角的傳感器中，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和測(cè)試的時(shí)間，非常方便。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。第5章 系統(tǒng)(xtng)調(diào)試5.1 系統(tǒng)(xtng)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(mn)部分和純MCU部分。由于在系

56、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)。1.放大倍數(shù)的增加 傳感器的輸出端經(jīng)示波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R23和R27的阻值。2. 時(shí)鐘的調(diào)試根據(jù)晶體振蕩

57、頻率計(jì)算出內(nèi)部定時(shí)器的基本參數(shù)，通過運(yùn)行一段時(shí)間可通過秒表來校正后,看時(shí)間誤差的量,以這個(gè)量為依據(jù)改變程序中的內(nèi)部定時(shí)器基本參數(shù),就可使時(shí)鐘調(diào)準(zhǔn)確。3. 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。4. 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。5. 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。6. 開機(jī)(ki j)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(yn jin)損壞。7. 電源(din

58、yun)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，全部使用5V電壓也是可行的。5.2 系統(tǒng)檢驗(yàn)系統(tǒng)上電后等待測(cè)試狀態(tài)，如圖5.1所示：圖 5.1測(cè)量中顯示的數(shù)據(jù)，如圖5.2所示：圖 5.2測(cè)量(cling)結(jié)束后顯示的脈搏次數(shù)，如圖5.3所示：圖5.35.3 誤差(wch)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(shj)的脈搏次數(shù)以聽診器測(cè)出的脈搏次數(shù)為參考值。由于傳感器和其他器件本身并

59、非理想線性，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行(jnxng)了線性補(bǔ)償。由均方差公式得： =0.59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?？?結(jié)單片機(jī)近20年的飛速發(fā)展，儼然(ynrn)已成為計(jì)算機(jī)發(fā)展和應(yīng)用的一個(gè)重要方面。另一方面，單片機(jī)應(yīng)用的重要意義(yy)還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路(dinl)或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。而51單片機(jī)作為單片機(jī)的主流，隨著集成技術(shù)的發(fā)展，51系列單片機(jī)繼承和發(fā)展了MCS-51系列的技術(shù)特色，有逐漸取而代之之勢(shì)

60、。本設(shè)計(jì)主要是51單片機(jī)在脈搏測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用。重點(diǎn)介紹了單片機(jī)的最小系統(tǒng)，通過單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了脈搏的測(cè)量系統(tǒng)，由光電傳感器采集到脈沖信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)的放大、濾波和整形電路將輸出的信號(hào)通過單片機(jī)的外部中斷獲取并最終在數(shù)碼管上顯示。利用單片機(jī)自身的定時(shí)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)。本次所設(shè)計(jì)的測(cè)量?jī)x系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、功能穩(wěn)定、使用方便，應(yīng)用廣泛，具有實(shí)際意義。由于時(shí)間比較短，同時(shí)本人掌握的知識(shí)有限，本次設(shè)計(jì)雖已完成，但其中有很多不足，如程序不夠簡(jiǎn)練，電路板不夠美觀，光電傳感器靈敏度不夠高，數(shù)碼管顯示部分不夠完美等，同時(shí)此次設(shè)計(jì)的測(cè)量?jī)x功能比較單一