基于单片机脉搏心率计的设计与研究.pdfVIP

摘要2 第一章：绪论2 第二章：系统的硬件设计、分析及仿真3 2.1 脉搏传感器选择3 2.2 放大电路设计及仿真5 2.3 滤波电路设计及仿真6 2.4 整形电路设计与仿真7 第三章:系统的软件设计及仿真9 3.1 AT89C51 单片机概述9 3.2 AT89C51 工作电路仿真9 3.3 实物电路11 3.4 程序设计12 3.5 实物演示12 第四章：系统整体改进优化意见13 第五章：总结与展望16 【参考文献】18 附录：19 1 摘要 本文主要设计一个基于C51 单片机的脉搏心率计，采用光电传感器对人体脉搏信号进行 测量，光电传感器主要利用脉搏跳动引起血液浓度变化导致入射光的透射性发生变化，从而 影响光敏二极管的光电流，由此将非电量转化为电量。通过放大，滤波，整形电路将采集到 的模拟量转化为数字量，该数字量以脉冲的形式输送到单片机的 INTO，采用中断方式对脉 冲信号进行计数，计数值通过LED 灯显示。通常正常成人的脉率为60-100 次/分，脉率大于 100 次/分，称为心动过速；低于60 次/分，称为心动过缓。因此我们还设计了报警模块， 通过程序来设置心率的上、下限值，当脉搏频率超出设置的上下限值时，通过蜂鸣器来报警。 该脉搏心率计设计比较简单，可用于一般的医疗监测方面等等。 关键词：C51 单片机 ；脉搏心率计；光电传感器 第一章：绪论 测量脉搏由来已久，从脉搏波中获取生理信息，并作为诊断和治疗的依据。脉搏波所呈 现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)和节律(周期)等方面的综合信息，在很大程度 上反映出人体许多生理的特征,因此对脉搏波采集和处理具有很高的医学价值和应用前景。 但由于人体的特殊结构特征，生物信号多属于强噪声环境下的低频弱信号, 脉搏波信号更是 低频微弱的非电量信号,所以必需经过一系列处理以满足采集的要求。 随着科技的进步，脉搏心率仪也在不断更新换代，对脉搏测量精度、稳定度的要求也不 断提高。综合各代脉搏仪，最核心的是脉搏传感器。比如：早期的接触式传感器，利用此类 传感器所研制的指脉、耳脉等测量仪，其中指脉测量方便、简单，但手指上的汗腺较多，指 夹常年使用，污染会使测量灵敏度下降：耳脉测量的传感器使用环境污染少，但因耳脉信号 较弱，且所测信号受环境温度影响明显，造成测量结果不准确。近年来，无创非接触式的传 感器开始流行，这类传感器的特征是探测部分不侵入机体，不造成机体创伤，并且能够自动 消除仪表自身系统的误差，测量精度高。例如光电式脉搏传感器是根据光电容积法制成的脉 搏传感器，通过对手指末端透光度的监测，间接检测出脉搏信号，具有结构简单、无损伤、 精度高、可重复使用等优点，因此利用光电式脉搏传感器所研制的脉搏测量仪已经应用到临 床医学等各个方面。 未来，随着电子测量技术的迅速发展，脉搏测量仪向数字化、自动化的方向发展，仪器 性能将更加良好，结构更加简单，朝微小化、便携式、低功耗迈进。脉搏测量仪的发展主要 向以下几个趋势发展：自动测量脉搏并且对所得到的脉搏进行自动分析；数字化技术等先进 技术的应用；多功能化越来越明显。 2 第二章：系统的硬件设计、分析及仿真 该系统可分为两个模块：光电传感采集模块和单片机控制模块。光电传感器模块包括传 感器、放大电路、滤波电路及整形电路，整形后的矩形波可形成C51 单片机的外部中断，C51 单片机对其进行计数。单片机控制模块包括LED 显示电路、报警电路及电源电路。每来一个 脉冲单片机就对其计数，结果送LED 灯显示。 2.1 脉搏传感器选择 （1）透射式光电传感器测量脉搏信号的原理 心脏跳动频率与脉搏跳动频率一致，心脏跳动会引起血压的变化，血压变化又会引起血 液浓度变化。根据郎伯—比尔定律可知：光被介质吸收的比例与入射光的强弱无关，只与光 程中介质的浓度有关。因此当光照射到指尖时，血液密度的不断变化会影响对光的吸收，反 射等等，最终通过指尖测得的透射光的强弱反映了指尖部位的结构特征，即测得了人体心率 变化。透射光的强弱变化又会触发光敏元器件中光电流的变化，从而可实现脉搏信号这种非 电量到模拟电量