人體脈搏信號檢測系統(tǒng)設(shè)計

1章緒論爭論背景和意義隨著社會和科學(xué)技術(shù)的不斷進步，人們對生命現(xiàn)象的生疏也越來越深入，生物醫(yī)學(xué)信號的檢查是對人體安康狀況評估的手段。在醫(yī)院里，通過檢查必要的生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)，醫(yī)生可以對病人安康程度做一個評估，并且依據(jù)數(shù)據(jù)診斷出病患所得的疾病以及康復(fù)狀況。同時，醫(yī)藥保健類產(chǎn)品早已經(jīng)不是醫(yī)院的專利，以家庭為單位，幾乎每個家庭都配備了必要的醫(yī)療保健類用品[1-3]。在適宜的醫(yī)療設(shè)備條件下，病人可以不依靠醫(yī)生的關(guān)心，自己采集醫(yī)學(xué)生理數(shù)據(jù)，通過醫(yī)學(xué)依據(jù)對此參數(shù)分析，評估安康水平或者診斷自身是否有疾病?，F(xiàn)代的醫(yī)療儀器給人民生活帶來了便捷，在智能化、便攜式、牢靠性、安全性等方面都有了很大的提高。儀器在實現(xiàn)功能的同時都有不同的特點，有的儀器便于攜帶，有的儀器操作簡潔。固然，結(jié)合眾多優(yōu)點的儀器無疑受到消費者的青睞。以醫(yī)院為單位，由于測量出來的數(shù)據(jù)可以直接供給應(yīng)醫(yī)生作為診斷或評估病人身體狀況的參考，所以這類醫(yī)療儀器性能高、功能強大、測量數(shù)據(jù)準確。而對于以家庭或個人來說，在保證功能的同時，便利測量生理數(shù)據(jù)、便于攜帶、價格低廉、智能化這些特點是此類醫(yī)療儀器進展的趨勢。作為諸多生理信號的一種，脈象信號蘊含著豐富的信息，從脈搏波中提取人體的生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)(波形)、強度(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)中很多生理病理的血流特征[4]。很多中醫(yī)文獻分析脈象的形成和西醫(yī)分析雖然表、述各有不同，但是有一樣的科學(xué)原理。人體循環(huán)系統(tǒng)由心臟、血管、血液所組成，負責(zé)人體氧氣、二氧化碳、養(yǎng)分及當(dāng)大量血液進入動脈將使動脈壓力變大而使管徑擴張，在體表較淺處動脈即可感受到此擴張，即所謂的脈搏[1]。正常人的脈搏和心跳是全都的。脈搏的頻率受年齡和性別的影響，嬰兒每分鐘120-14090-10080-9060-100次100次，稱為60次，稱為心動過緩[2]。綜上所述，脈搏信號對于人體心腦血管系統(tǒng)和整體安康水平都有很好的反映，其一，對于前期心腦血管疾病預(yù)防和中期病情監(jiān)護，安全、便利、快捷的評估心腦血管安康狀況的設(shè)備對人體心腦血管系統(tǒng)功能進展監(jiān)測，及早覺察病情，實時把握可及早覺察致命性病變。其二，對一般人則可用于早期安康評估和病人身體狀況的愈后檢查。通過脈搏信號的檢測和分析，可以結(jié)合其他生理參數(shù)，對人體亞安康狀態(tài)的早期病變進展推測。脈搏信號檢測不需要簡單昂貴的設(shè)備，且操作簡便擁有無創(chuàng)性的特點，在心腦血管和臨床醫(yī)學(xué)檢查、治療、用藥、康復(fù)、保健等方面都有著良好的應(yīng)用前景。斷開拓了一條途徑。主觀因素，運用科學(xué)的分析手段，對脈象信號進展分析，是勢在必行的。人體脈搏信號檢測系統(tǒng)爭論現(xiàn)狀1860Vierordt研制出第一臺彈簧杠桿式脈搏描記器，使脈象爭論由示意圖階段進入示波圖階段[6]。隨著技術(shù)水平的進展，脈象儀不斷進展，國內(nèi)外的學(xué)者制造出了有代表性、性能各異的脈診儀器。脈診儀器爭論的重點是傳感器的設(shè)計，到現(xiàn)在為止，爭論人員已經(jīng)研制出種類繁多的傳感器來模擬中醫(yī)切脈時的手指，采集脈搏信號記錄并分析。現(xiàn)階段，用于脈象信息采集的傳感器依據(jù)其工作原理可分為：壓力傳感器、光電式脈搏傳感器、傳聲器和超聲多普勒技術(shù)[9-11]壓阻型傳感器和壓磁式傳感器[9,10]。壓電式傳感器利用壓電材料的特性將脈搏的壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號，依據(jù)壓電式[12]材料的不同可分為壓電晶體式傳感器、壓電陶瓷式傳感器、壓電聚合物傳感PVDF壓電薄膜傳感器用的最多。壓阻型傳感器主要利用電阻率隨應(yīng)力變化的性質(zhì)制成的，目前它的應(yīng)用最為廣和氣導(dǎo)式傳感器。壓磁式傳感器也稱作磁彈性傳感器，是近年來國內(nèi)外興的一種型傳感器。上尚未成熟，限制了其廣泛應(yīng)用。光電容積式脈搏傳感器此種傳感器測量部位是指端，由指總動脈分兩路從指干輸出，以此反映出脈搏波的變化狀況即獲得指端容積脈搏波信號[13,14]。超聲多普勒技術(shù)國外對脈搏波的爭論，在儀器上正朝著超聲顯像方面進展，脈勒技術(shù)在脈象客觀化的爭論中已經(jīng)日益受到重視，取得了肯定的進展。固然，傳感器探頭種類也很多，有單探頭、雙探頭和多探頭的傳感器。(1)單探頭傳感器的爭論幾種常見脈象，這些儀器的深入應(yīng)用推動了我國脈象客觀化的爭論。目前常用的單觸頭壓力脈搏傳感器在整體構(gòu)造上主要承受了表帶式和支架式兩種形式。表帶式構(gòu)造一般是通過尼龍綁帶將傳感器綁扎在被測者的腕部，操作便利、簡潔，記錄的脈圖受人體體位和呼吸的干擾較小。支架式構(gòu)造的特點是傳感器與醫(yī)者手指切脈的情景較為相符。但是由于人體體位和呼吸的影響，被測者手腕與傳感器之間的相對位置難以保持穩(wěn)定，檢測過程中會產(chǎn)生較大的呼吸干擾和雜散振動干擾。另有一種是指套式的單觸頭壓力脈搏傳感器構(gòu)造。美國J.H.Laub在20世紀80年月設(shè)計的一種脈搏波動檢測裝置將壓力傳感器分別并排固定于食指、中指、無名指的手套前端，按在被測者的寸、關(guān)和尺三部上，用三支電動描記筆同時記錄三部脈的波形，用于進展脈象分析，并且可以將醫(yī)者的取脈壓力也同時顯示出來。用這種構(gòu)造的傳感器進展脈象信息檢測，很好地模擬了手指切脈的情景，假設(shè)通過肯定的設(shè)計使指套前端具有良好的力傳導(dǎo)性能的話，那么在診脈過程中除了由傳感器檢測脈波之外，醫(yī)者還能依據(jù)指端對脈搏波動的感受來進展各種敏捷的指法變化，從而測得不同取脈壓力下脈搏波動的動態(tài)變化。這種指套式構(gòu)造所具有的良好模擬特性使得它具有肯定的有用性，但是也有文獻指出，這種構(gòu)造形式難以保證醫(yī)者指端與被測者腕部之間的位置相對穩(wěn)定，以至于記錄的脈圖波形缺乏足夠的穩(wěn)定性，而且檢測結(jié)果的重復(fù)性較差[8,15]。單探頭脈象傳感器反映的信息比較局限，這是由于單點式脈象傳感器的構(gòu)造特點，限制了更多的脈搏信息及血管力學(xué)參數(shù)的測定。單探頭、單部位的檢測方法與[8]：第一，單探頭傳感器無法區(qū)分血管軸向張力和徑向搏動力。其次，單探頭傳感器加膚-軟組織-動脈管”力學(xué)特性有關(guān)。現(xiàn)有檢測方法無法區(qū)分軟組織變形量和無法區(qū)分軟組織變形程度及軟組織固有的彈性、硬度等力學(xué)參數(shù)對切脈壓力的影響程度。(2)雙探頭傳感器的爭論等效硬度等力學(xué)指標。的推斷標準等方面都可以進展深入的爭論。(3)三探頭傳感器的爭論三探頭壓力式傳感器組合取脈時，撓動脈被加壓以致阻斷并被強制地分為三個有生理意義的小區(qū)。三點的脈搏特征是不同的、有特別生理意義的。這種組合式的脈搏傳感器，特別是“中突型”構(gòu)造的，一是能測出撓動脈內(nèi)血流狀態(tài)；二是能比較壓阻點近遠心側(cè)脈波的差異；三是能獲得有關(guān)脈搏波傳播速度的信息；四是能夠鑒別脈波的拍變化的偽差；五是能大致估量整體外周阻力與首部外周阻力對脈波形得出以下幾個初步結(jié)論：二者在最正確脈壓力上有差，單部脈象檢測在最正確取脈壓力下的脈圖主峰波高度與在這個壓力下三部脈象同步檢測所建立的主峰波高度有顯著差異，測取的脈圖在形態(tài)上歸平、弦、滑等類，沒有覺察本質(zhì)上的差異，對三部脈象同步檢測時測取的寸、關(guān)、尺脈圖進展形態(tài)歸類，也無明顯區(qū)分，但幅值差異較大，且因人而異[8,9]。本課題完成的主要內(nèi)容本文主要爭論內(nèi)容包括：脈搏醫(yī)學(xué)界理論，脈搏圖的進展和現(xiàn)狀。設(shè)計了脈搏波信號采集系統(tǒng)，包括硬件和軟件局部。信號采集硬件以本文主要爭論內(nèi)容包括：脈搏醫(yī)學(xué)界理論，脈搏圖的進展和現(xiàn)狀。設(shè)計了脈搏波信號采集系統(tǒng)，包括硬件和軟件局部。信號采集硬件以MSP430MCP6002。本論文構(gòu)造安排如下：1本論文構(gòu)造安排如下：12章，人體脈搏信號檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計。依據(jù)低功耗、廉價、便攜、易操作、易升級等要求對檢測系統(tǒng)進展了總體設(shè)計。3設(shè)計選擇:傳感器的選擇，掌握器的設(shè)計，顯示器件的選擇以及硬件電路設(shè)計。4章，人體脈搏信號檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計。5章，系統(tǒng)試驗及調(diào)試。6章，結(jié)論與展望，說明白儀器可改進和提高的局部和需要進一步爭論的地方。2章系統(tǒng)需求分析和總體方案設(shè)計低功耗的優(yōu)點。人體脈搏信號檢測原理本文設(shè)計的是人體脈搏信號檢測系統(tǒng)。其工作原理是首先通過脈搏傳感器把測在數(shù)碼管上顯示出脈搏跳動數(shù)值，對不合格的心率信號進展語音報警。系統(tǒng)便于被安裝相應(yīng)的軟件就可以進展實時采集和檢測。在進展系統(tǒng)的整體設(shè)計之前，需要考慮以下幾點：計數(shù)和顯示；能夠有自身的優(yōu)點。例如本系統(tǒng)的低功耗、便攜式；易于對系統(tǒng)進展改進和日后的升級；操作方法簡潔，便利使用者。位機和下位機。下位機主要是單片機系統(tǒng)，上位機是計算機系統(tǒng)。下位機承受單片機系統(tǒng)，主要是由于單片機系統(tǒng)易于設(shè)計者開發(fā)，簡潔實現(xiàn)設(shè)計意圖和儀器功能特點，便于擴展功能和以后的升級，經(jīng)濟廉價。在個人計算機上有利于人機交互；計算機存儲量大，采集到的脈搏波數(shù)據(jù)可以存儲到計算機硬盤，便利數(shù)據(jù)庫存儲和調(diào)用；計算機功能強大，處理速度快，假設(shè)后序欲對脈搏波數(shù)據(jù)分析并進展算法分析，我們可以連續(xù)使用現(xiàn)代的分析軟件在計算機上實現(xiàn)。人體脈搏信號檢測系統(tǒng)可實現(xiàn)的功能時間<10s，脈搏測量精度：≤±2/分鐘。固然，在實現(xiàn)這些根本功能的根底上可以進展功能拓展，例如對脈搏信號進展經(jīng)過處理后進展無線傳輸。上位機軟件也可進展多種功能拓展，包括患者個人信息記錄和采集顯示，數(shù)據(jù)查詢和分析處理。人體脈搏信號檢測系統(tǒng)的總體方案設(shè)計進展硬件的總體設(shè)計需要考慮到以下幾點：首先，人體的生物信號多屬于強噪聲背景下的低頻的弱信號,脈搏波信號更是所以，必需經(jīng)過放大和后級濾波以滿足采集的要求。數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣仍絹碓娇臁５谖?，多功能。系統(tǒng)的總體設(shè)計電路框圖如圖2-1所示，主要包括取樣電路、放大電路、比較MCU處理電路及顯示電路。首先，使用壓電傳感器采集與心跳同頻率的信MCU后，然后軟件對信號進展處理，最終在液晶顯示屏出數(shù)值，對不合格的心率信號進展語音報警。數(shù)據(jù)采數(shù)據(jù)采集電路濾波電路比較電路單片機處理電路特別報警電路顯示及驅(qū)動電路2-1系統(tǒng)設(shè)計原理框圖的構(gòu)造簡潔，形式敏捷多樣，因此的構(gòu)造簡潔，形式敏捷多樣，因此,光電式傳感器在檢測和掌握中應(yīng)用格外廣泛?！布t外、可見及紫外光輻射〕轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、外表粗糙度、應(yīng)變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的外形、工作狀態(tài)的識別等。光電式傳感器具有非接觸、響CCD圖像傳感器的誕生，為光電傳感器的進一步應(yīng)用開創(chuàng)了的一頁。發(fā)送三極管。光敏二極管是最常見的光傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開有一個嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，光敏二極管是最常見的光傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開有一個嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，PN結(jié)<μ，稱為光敏二極管的暗電流-空穴，稱為光電載流子。在外電場的作用下，光電載流子參于導(dǎo)電，形成比暗電流大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流。光電流的大小與光照強度成正比，于是在負載電阻上就能得到隨光照強度變化而變化的電信號。光敏三極管光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的功能外，還有對電信號放大的功能。光敏三級管的外型與一般三極管相差不大，一般光敏三極管只引出兩個極——放射極和集電極，基極不引出，管殼同樣開窗口，以便光線射入。為增大光照，基區(qū)面積做得很大，放射區(qū)較小，入射光主要被基區(qū)吸取。工作時集電Iceo=〔1+β〕Icbo〔很小，比一般三極管的穿透電流還??；當(dāng)有光照時，激發(fā)大量的電子空穴對，使得Ic=〔1+β〕Ib，可見光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度。本文選擇的光電式脈搏測量儀有以下特點：測量的探測局部不侵入機體，不造成機體創(chuàng)傷，通常在體外。傳感器可重復(fù)使用且速度快，靈敏度高，精度高。測試的適用電壓為5V-9V的直流電壓。穩(wěn)定性好、磨損小、壽命長、易于操作、修理便利。由于構(gòu)造簡潔，因此體積小、重量輕、性價比優(yōu)越。50次-199次/分鐘。小結(jié)序有可能進展的功能拓展。最終，給出了系統(tǒng)的總體方案設(shè)計。3章系統(tǒng)硬件設(shè)計方案系統(tǒng)硬件構(gòu)成常常是低頻的信號。而對于需要測量的人體脈搏來說，它的強度小，所引起傳感器的電信號也比較微弱，而且變化頻率隨心臟搏動頻率，大約一分鐘幾十次。所以，只要我們設(shè)計出可以滿足采集脈搏信號的這些特性的硬件即可。其次，現(xiàn)代的數(shù)據(jù)采集儀器呈現(xiàn)多種特點。第一，小型化。在滿足功能的同時，逐步淘汰大型笨重采集儀器。電池作為電源就能工作。第三，智能化。用戶在使用時用更少的操作和說明就能完成功能。第四，傳輸速度快。運用各種方式和標準，現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣仍絹碓娇?。綜合考慮，本系統(tǒng)以自主開發(fā)的單片機系統(tǒng)為硬件采集模塊，采集信號送至MCU后，然后軟件對信號進展處理。硬件局部如圖3-1所示，系統(tǒng)硬件根本組成局部主要包括傳感器局部和微掌握器局部。模擬局部模擬局部傳感器局部微掌握器局部脈搏信號脈搏傳感器放大濾波電路MSP430G2452主機3-1單片機硬件圖脈搏信號檢測系統(tǒng)傳感器的選擇本系統(tǒng)硬件的選擇從脈搏傳感器開頭。目前脈搏傳感器種類繁多，性能各異，磁式三種。本文選擇的生物模擬傳感器脈搏心率感應(yīng)器，它是Arduino用來測試心跳速率(3-3)或者耳垂上Arduinoapp程序，可以實時的把您的心率用圖線顯示出來。實質(zhì)是一款集成了放大電路和噪音消退電路的光學(xué)心率傳感器。16mm330，LED波長為609nm。3-2脈搏心率感應(yīng)器圖3-3帶在手指使用的傳感器 圖3-4夾在耳垂使用的傳感器脈搏信號檢測系統(tǒng)掌握器的選擇為了滿足電池長期供電的要求和簡化硬件設(shè)計，本系統(tǒng)選用單片機MSP430為3V左右，而無線芯片擁有低功耗的特點，可低電壓下工作，系統(tǒng)電源到達了全都性。MSP430相比于通用的C1uAuA-mA級別。MSP430系列單片機是美國TI16位的、具有精簡指令集的、超低功耗的混合信號處理芯片[26]。它具有以下幾個優(yōu)點：1.8-3.6V供電，就低功耗來說，RAM數(shù)據(jù)保持方式0.1μA250μA/MIPS(每秒百萬條指令數(shù))，I/O輸入端口的(1-10μA)15種節(jié)電模式。(RISC)構(gòu)造，具有豐富的尋址方式(7種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址),簡潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令，大量的存放器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可參與多種運算，還有高效的查表處理8位處理器。的型號可能有以下功能模塊，看門狗(WDT)、模擬乘法器、定時器A、B、串口、硬件乘法器、液晶驅(qū)動器、AD轉(zhuǎn)換模塊、DAC轉(zhuǎn)換模塊、I2C總線等。故障，DCO會自動啟動，保證系統(tǒng)正常工作。便利高效的開發(fā)國內(nèi)大量使用FLASH型430系列，此類型片內(nèi)有JTAG調(diào)試接JTAGFLASHJTAG接口掌握程序運行，讀取片內(nèi)狀態(tài)，調(diào)試都可以在集成開發(fā)環(huán)境中進展。器，符合系統(tǒng)的設(shè)計思想。本文選擇的MSP430G2553單片機是MSP430系列，具有內(nèi)置的16位定時器、24I/O引腳、一個通用型模擬比較器以及承受通用串行通定時器，分別具有三個捕獲/24I/O引腳。本系統(tǒng)充分利用了片上的外圍模塊，內(nèi)部集成了A/D采集裝置。串口通信模塊，可以滿足和計算機的數(shù)據(jù)通信，這樣使整體電路設(shè)計簡潔，提高了系統(tǒng)的牢靠性。MSP430G25533-5所示：3-5MSP430G2553的封裝圖由于電氣標準的不同，MSP430單片機與計算機進展通信時必需設(shè)計接口，由于RS-232標準規(guī)定：-3-15V表示規(guī)律“1”；+3-+15V表示規(guī)律“0”；這與MSP430性能穩(wěn)定的MAX232信。顯示器件的選擇LCD1602接口簡潔，操作便利。SMS0601SMS0601標準數(shù)碼筆段型液晶顯示模塊MCU單片機承受二線式串口連接，廣泛應(yīng)用于手持式儀器儀表，智能顯示儀表。此款6位靜態(tài)驅(qū)動的液晶顯示模塊功耗低，視角范圍廣，電壓低等特點廣泛應(yīng)用在儀器儀表中。LCD顯示器分為字段顯示和字符顯示兩種。其中字段顯示與LED顯示相像，設(shè)計承受的是字符型顯示。SMS0601液晶顯示模塊的主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量6位數(shù)字+2個時間分隔符+5個小數(shù)點模塊工作電壓2.7～5.5V工作電流30uA(3.0V)300uA(5.0V)字高12.7mm環(huán)境相對濕度:<85％視角6:00工作溫度:-10～+50℃顯示方式:反射式正顯示存儲溫度:-20～+60℃接口方式:二線式串行接口SMS0601液晶顯示模塊的接口信號說明：1 DI: 串行數(shù)據(jù)輸入2 CLK:串行移位脈沖輸入3 VDD: 電源正極 4 VSS:電源地SMS0601液晶顯示模塊的外形尺寸：3-6SMS0601液晶顯示模塊的尺寸外形圖SMS0601液晶顯示模塊的地址映射表：1：SMS0601液晶顯示模塊的地址映射表2．LCD顯示程序設(shè)計LCD顯示程序的設(shè)計一般先要確定LCD的初始化、光標定位、確定顯示字符后，顯示流程如圖3-7顯示。圖3-7 LCD顯示程序流程圖脈搏信號檢測系統(tǒng)硬件電路設(shè)計脈搏傳感器測試電路Arduino使用的一個心率傳感器，本質(zhì)是一個帶有放大和消噪功能的光學(xué)放大器，通過佩戴在手指末端或者耳垂等毛細血管末端來檢測血液量的變化從而得到人體的實時心率。該傳感器只有三根線，電源、地和信號線，信號線輸出模擬信號，利用相應(yīng)的上位機程序，可以便利的顯示脈搏波形，將配件中將傳感器緊貼手指指肚，再用綁帶纏繞，做到傳感器和皮膚嚴密接觸即可。將pulsesensorUSBpulsesensor上的LED發(fā)出綠光，電腦屏幕上的脈搏波形剛開頭還是很凌亂的，等待采集數(shù)據(jù)一段時間后LED燈也會隨著佩戴者的每一次3-8所示：3-8傳感器硬件測試電路圖3-9所示：3-9正常狀況下測得的心率圖為了進一步驗證傳感器的有效性，游泳后再次測量，脈搏波形如下圖：3-10游泳后測得的心率圖3-93-10圖的比照可以覺察，游泳后脈搏明顯加快，波動次數(shù)變多。脈搏信號整形電路,必需經(jīng)過放大和后級濾波以滿足采LM324，電壓較低，耗能少。濾波電路設(shè)計，如圖3-11所示：3-11濾波電路電路圖240次//3.33HzR、C低通濾波，去除高頻干擾。承受簡潔的二階電路當(dāng)R21=R20=R，C4=C5=C時，A(s)1/[13sRC(sRC)(sRC)]f令f 1/2RC，通帶的截止頻率f0.37f,R=3K,C=4.7U,經(jīng)計算f=4.1HZ。f0 0符合要求。濾波電路AC分析結(jié)果如圖3-12所示：3-12濾波電路AC分析結(jié)果信號比較電路:將一個模擬電壓信號與一個參考電壓相比較，輸出肯定的凹凸電平。本設(shè)計電LM3243-13所示，經(jīng)過隔直流信號、濾波后信號為最大的幅R22=10K,R23=400。工作電5v0v4.2v的高電平，單片機能3-13所示：單片機掌握器電路

3-13比較電路選用MSP430G2553的實物圖，如圖3-14所示。圖3-14 MSP-EXP430G2553實物圖MSP-EXP430G2553 硬件板上包含：Launch Pad 仿真器插座電路板(MSP-EXP430G2);0.5USB-B線纜;MSP430閃存器件。810ADCI/O、通用串行接口、8kB256SRAM16MSP430微掌握器。兩個插座USB調(diào)試與編程接口無需驅(qū)動即可安裝使用，且具備高達9600波特率的UART串行通信速度；支持全部承受PDIP14或PDIP20封裝的MSP430G2xx和MSP430F20xx器件；兩個通用數(shù)字I/O引腳分別連接至綠3-15所示：報警電路

3-15MSP-EXP430G2553外圍電路圖圖圖3-16為報警電路，成人在安靜時，每分鐘脈搏為60-100次。當(dāng)被測人員的脈搏超出正常范圍，蜂鳴器就會報警。蜂鳴器與家用電氣上的喇叭在用法上也有相像TTL點評根本上驅(qū)動不了蜂鳴器，需要增加一個電流放大的電路才可以，即此一個管腳很難驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲音,所以增加了一個三極管來增加通過蜂鳴器的電流。蜂鳴器的正極性的P01管腳通過一個與門來掌握，當(dāng)P01管腳為低時，與非門輸出高電平，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。當(dāng)P01管腳為高時，與非門輸出低電平，三極管截至，蜂鳴器不發(fā)出聲音。顯示器件連接電路

3-16報警電路3-17所示：3-17SMS0601電路圖串行移位脈沖輸入引腳(CLK)連接。信號調(diào)理電路硬件圖人體脈搏檢測系統(tǒng)的信號調(diào)理電路原理圖，如圖3-18所示：3-18信號調(diào)理電路原理圖幾毫伏的脈搏信號的電壓被放大為2V-3V數(shù)P1.0IO口信號捕獲的方式，記錄脈沖信號每一個上跳沿到來的時刻，從而計SMS0601，對數(shù)據(jù)進展實時顯示。調(diào)理電路原理圖所對應(yīng)的PCB圖，如圖3-19所示：3-19調(diào)理電路的PCB圖小結(jié)本章主要介紹了人體脈搏信號檢測系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計。首先介紹了脈搏檢測并且具體地描述了各個局部的原理和具體工作過程。4章系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件的開發(fā)環(huán)境MSP-EXP430G2LaunchPad的安裝包含三個簡潔步驟：下載所需調(diào)試軟件MSP-EXP430G2LaunchPad開發(fā)板。IARKickStartIDECodeComposerStudio(CCS)都具有免費Workbench4kBC代碼。CCS僅限于處理16kBCCS，由于它具有更大的免費代碼空間。安裝選定的IDE集成開發(fā)環(huán)境并將LaunchPad試驗板連接至PCCCS已為在LaunchPad上開發(fā)基于MSP430G2xx的應(yīng)用完成了全部設(shè)置。當(dāng)軟件完成安裝后，IDEUSB:HID調(diào)試接口的MSP-EXP430G2LaunchWindows自動安裝該軟件。3.IDE集成開發(fā)環(huán)境進展軟件開發(fā)主要步驟如下：建工程；(3)進展程序調(diào)試。編譯鏈接界面，調(diào)試界面，分別如圖4-1和圖4-2所示：4-1編譯鏈接界面4-2調(diào)試界面系統(tǒng)軟件總體框架成。主函數(shù)程序的功能：可以通過MCU對I/O口的檢測其凹凸電平實現(xiàn)心電信號的采集，轉(zhuǎn)換和處理，最終液晶顯示屏顯示脈搏的值；同時還可以調(diào)用報警程序停頓I/O是高電平還是低電平來實現(xiàn)是測量人體的脈搏值。單片機程序的好壞直接影響著系統(tǒng)的牢靠性與穩(wěn)定性，由于單片機的準確度格外高，所以該方法精度較高，脈搏測

/4.3所示。開頭定時器中斷/計時器初始化Ni=100次？Y數(shù)據(jù)處理顯示返回4-3主函數(shù)脈沖計數(shù)程序10s，T0的計數(shù)值。相關(guān)的程序如下：//-------比較器的設(shè)置--------//CACTL1=CARSEL+CAREF0+CAON; //0.25Vcc=-comp//CACTL2=P2CA0+CAF; //P1.1=+comp//P1OUT|=0x00;//-------定時器的設(shè)置----------上升沿+CCI0A〔P1.1輸入〕+同步捕獲+捕獲中斷允許輸入〕+同步捕獲+捕獲中斷允許//TACTL=TASSEL_2+MC_2+TACLR;//SMCLK時鐘+連續(xù)計數(shù)模式TACTL=TASSEL_1+MC_2+TACLR;//+ID_3;//ACLK時鐘+連續(xù)計數(shù)模式顯示驅(qū)動軟件本次設(shè)計SMS0601顯示的內(nèi)容是被測量者一分鐘的脈搏次數(shù)。設(shè)置的動態(tài)顯的脈搏次數(shù)。在液晶屏顯示出脈搏數(shù)。#defineS_CLKLCD_OUT|=LCD_CLK#defineS_DI LCD_OUT|=LCD_DI

CLK端//置位DI端#defineR_CLKLCD_OUT&=~LCD_CLK //復(fù)位CLK端#defineR_DI LCD_OUT&=~LCD_DI流程圖，如圖4.4所示。

//DI端按鍵處理軟件

4.4顯示程序流程圖SW-PB就可以導(dǎo)通電路，復(fù)位引腳低電平有效，到達低電平的時候，單片機復(fù)位，從起始地址重開頭運行程序。小結(jié)分析，進而提出了改進方法。最終描述了顯示驅(qū)動軟件和按鍵處理軟件。5章系統(tǒng)試驗及調(diào)試調(diào)試方案簡介系統(tǒng)整體功能實現(xiàn)后，就要對其進展測試。依據(jù)方案設(shè)計要求，調(diào)試過程共分三大局部，硬件調(diào)試，軟件調(diào)試，軟件和硬件聯(lián)調(diào)〔即系統(tǒng)調(diào)試〕。電路按模塊逐MCU局部。由于在系統(tǒng)設(shè)計中承受模塊化設(shè)計，所以便利了對各電路功能MCU局部。試著輸入一系列脈沖〔用適當(dāng)?shù)碾娮杞诱龢O，連續(xù)性地輸入〕，MCU局部能是否能顯示；模擬局部以實現(xiàn)。脈搏傳感器信號調(diào)試TDS2024B系列來測試傳感器。示波器3V微機電源，正極一端連接3V，負極接地，信號輸出端連接數(shù)字示波器的探頭，傳感器夾在手指上。如圖5-1所示，上面的黃線代表采集到的脈搏信號，下面的藍線代表轉(zhuǎn)化后相對應(yīng)的方波信號。圖5-2代表被測者的脈搏信號幅值過大時，消滅的“削頂”現(xiàn)象。5-1心率信號波形圖5-2大幅值心率信號波形圖脈搏計數(shù)調(diào)試5-3所示：5-3剛上電的電路測試狀態(tài)5-4所示：5-4測試中的電路狀態(tài)5-5所示：5-5穩(wěn)定后的電路狀態(tài)脈沖次數(shù)進展累加。模擬測試結(jié)果：2.5v1.98v2所示。頻率〔HZ〕理論值2模擬測試結(jié)果表實際值誤差0.530300%160600%1.590900%1.81081080%21201200%31801800%3.21921920%4240--可見，在3HZ以前，系統(tǒng)的測試結(jié)果格外準確，但是在之后，由于濾波器的作用，結(jié)果無法顯示。由此可以得知，系統(tǒng)的測頻和濾波作用都實現(xiàn)了預(yù)期的效果。由于人體安靜狀況下的脈搏信號頻率為1-2Hz，對于我們設(shè)計的系統(tǒng)來說足夠使用，說明我們設(shè)計的硬件是可行的。試驗結(jié)果分析5-6所示。5-6脈搏信號與相應(yīng)的方波信號我們選擇了三位同學(xué)來測試本系統(tǒng)，其結(jié)果記錄在下面的表中。其實際值由統(tǒng)計一分鐘脈搏數(shù)得出。其測試結(jié)果如下表3所示。表3 實際測試結(jié)果記錄表次數(shù)測試結(jié)果實際值誤差第一次78780%其次次791.3%第三次791.3%第四次772.6%第一次69681.5%其次次691.5%第三次680%第四次680%第一次73721.4%其次次711.4%第三次711.4%第四次720%項目測試者項目測試者一測試者二測試者三1.5V測量的誤差很小，滿足了脈搏測量精度：≤±2/分鐘。但該設(shè)計仍有很多的缺乏之處尤其對測量出的信號幅值有肯定要求，所以仍需要進展進一步的改進設(shè)計。總結(jié)本章依據(jù)方案設(shè)計要求，進展了三個局部的調(diào)試，硬件調(diào)試，軟件調(diào)試，軟〔即系統(tǒng)調(diào)試中斷、外部中斷、計數(shù)等功能，不僅能顯示出此次脈搏測量的次數(shù)，還能自動儲存這個數(shù)據(jù)。最終，完成了設(shè)計系統(tǒng)的調(diào)試及試驗結(jié)果的分析。6章結(jié)論與展望測系統(tǒng)。此系統(tǒng)以低功耗單片機MSP430為核心，利用了現(xiàn)代的傳感器技術(shù)，把脈搏次數(shù)的目的。儀器便于被測量人攜帶，突破了測量空間的限制。1．依據(jù)人體脈搏波的特點，進展了各種脈搏傳感器的比照，最終選用生物模擬傳感器脈搏心率感應(yīng)器。晶體，外部數(shù)字時鐘源。3．對于脈搏檢測系統(tǒng)作了一些有意義的爭論，探討及設(shè)計。出此次脈搏測量的次數(shù)，還能自動儲存這個數(shù)據(jù)。成果，但作者認為尚需要在以下方面進展深入爭論和改進：對于脈搏信號分析的方面，僅僅是進展將信號轉(zhuǎn)換成脈沖并進展整形、計數(shù)對相關(guān)人體器官功能，得出診斷性的結(jié)論；樣才可以在實際生活中得到使用；大會消滅“削頂”現(xiàn)象；部位不能有效檢測脈搏波；傳感器的固定方式有待改進。利用綁帶固定傳感器到手指并不能保證手指與傳感器的接觸嚴密，手指活動會造成脈搏波形發(fā)生變化，影響信號。附錄主程序#include<msp430.h>#defineLCD_DIRP1DIR#defineLCD_OUTP1OUT#defineLCD_IN P1IN#defineLCD_SELP1SEL#defineLCD_CLKBIT4#defineLCD_DI BIT3//clk定義//di定義#defineS_CLKLCD_OUT|=LCD_CLK 端#defineS_DI LCD_OUT|=LCD_DI //置位DI端#defineR_CLKLCD_OUT&=~LCD_CLK 端#defineR_DI LCD_OUT&=~LCD_DI //復(fù)位DI端#defineDP_ON 0xef //&DP_ON方式，默認小數(shù)點不顯示#defineCOL1_ON滅0xfe//第一個冒號顯示，其次個冒號熄#defineCOL2_ON滅0xfd//其次個冒號顯示，第一個冒號熄#defineCOL12_ON0xf //第一個冒號顯示，其次個冒號顯示//-------函數(shù)聲明--------unsignedcharLCD_BUF[6]; //LCD顯示緩沖區(qū)unsignedchar*lcdbufpq; 向LCD緩沖區(qū)的指針voidLcdDisp(unsignedchar*buf);unsignedcharGetCode(unsignedchardat);voidInitLCD(void);voidInitLCD1(void);voidLcdWriteB(unsignedcharDataB);unsignedintI_BUF[32];unsignedint*pt;#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintuchartable[]={“frequency:“};uchartable_num[]={“0123456789“};uintnew_cap,old_cap,cap_diff,fre,count;longavi;//---------------------------------------------------------------------------------------intmain(void){WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; //Stopwatchdogtimerold_cap=0;new_cap=0;cap_diff=0;avi=0;count=0;if(CALBC1_1MHZ==0xFF||CALDCO_1MHZ==0xFF){while(1); //Ifcalibrationconstantserased}DCOCTL=0x00;BCSCTL1=CALBC1_1MHZ; //Setrange1MHZDCOCTL =CALDCO_1MHZ; //SetDCOstep+modulation//---------端口功能設(shè)置----------/////////////為I/O模式P2DIR|=0xff;//選擇P2為輸出端P1SEL=0x04;//P1.2為外部功能，就是定時器的輸入P1DIR|=0x9a;//P1.0為比較器輸入，P1.2為定