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1、哈 尔 滨 工 业 大 学毕业设计(论文) 题 目： 基于单片机的脉搏测量仪的研究与设计 学 院： 通信学院 专业班级： 通信工程092班 学生姓名： 王家涛 指导教师： 郑文辉 成 绩： 2013年07月01日哈尔滨工业大学毕业设计（论文）摘 要在传统的医疗检测中，脉象检测一直都起着非常重要的作用，人体的脉象包含着大量的人体的生理和病理方面的信息。脉诊一直是医生诊断疾病的重要手段之一，但受人为因素的影响很大。经医学观察研究表明，人体手指末端含有丰富的毛细血管和小动脉，这些动脉和人体其他地方的动脉一样，含有丰富的生理信息。由于光电脉搏检测技术具有很高的绝缘性，且抗电磁等干扰能力强，可以对人体进
2、行无损伤检测。本文设计通过光电法对人体指尖的脉搏进行测量，并将测量信息送入单片机进行处理，最后通过数码管将测量结果显示出来。将对脉搏信号的检测模块，脉搏信息的处理模块，单片机，数码管显示模块等电路集成在一块电路板上，形成一个简易的脉搏测量仪。这种测量仪具有精确度高，体积小，价格便宜，易于操作等特点，特别适合于个人使用和家庭使用，给我们的生活带来极大方便，让我们第一时间对自己的身体状况有进一步的了解。关键词：脉搏；光电传感器；单片机；数码管IVAbstract In the traditional medical testing，the pulse condition detection has
3、 been playing a very important roleThe pulse condition of the human body contains a large number of physiology information and pathology information，the pulse examination has been being one of the important means for the doctor to diagnosis the illnessBut the man-made factors influence it very much，
4、the medical observation research shows The end of the finger contains rich capillaries and small arteriesThese arteries and the other arteries of the body hold rich physiologic informationThe Photoelectric pulse detecting technology can test the body without damage owing to its high insulation and s
5、trong ability to resist the electromagnetic interferenceThis design in the text can survey the pulse of the finger tip through photoelectric method and transport the information to the microcontroller to do with itAt last，the result is showed by the digital tube When the electric circuit such as the
6、 detection module of the pulse signal，the processing module of the pulse information，SCM，digital tube are integrated in the board of electric circuit，it formed an simple pulse measuring instrument，this instrument has high accuracy，small, cheap，and easy to operateIt is especially suitable for persona
7、l use and family useIt brings great convenience to our life，so we can have a further understanding of our body conditionKey words: Pulse；Photoelectric transducer；SCM；Digital tube目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 研究的目的和意义11.2 国内外的研究现状21.3 设计内容3第2章 课题方案论证42.1 采用压电式脉搏传感器42.2 采用光电式脉搏传感器52.3 方案确定6第3章 硬件电路设计73.1
8、 元器件介绍73.1.1 AT89C2051单片机73.1.2 LM324简介103.1.3 7809和7805简介113.2 整体电路分析133.2.1 脉搏信号采集电路133.2.2 脉搏信号处理电路143.2.3 单片机控制显示电路17第4章 软件设计194.1 系统总体软件流程194.2 整体程序设计19第5章 软件仿真与系统实物225.1 Keil编译软件225.2 Protues软件仿真265.2.1 Protues软件简介265.2.2 电路仿真275.3 PCB板生成295.3.1 Protel 2004软件简介295.3.2 PCB板生成过程315.4 脉搏测量仪实物设计31
9、结论34参考文献35附录1 37附录2 38致谢41第1章 绪 论1.1 研究的目的和意义随着社会的不断发展，我们从工业化时代进入信息化时代，这种转变是社会发展的必然，在我们的现实生活中，随着人们生活水平的不断提高，健康饮食，健康生活越来越受到人们的重视。在我们的日常生活中，为事业为生活我们四处奔波，紧张的工作，劳累一段时间之后，我们都会担心我们的身体会因为劳累过度等原因造成一定的损伤，这时候，我们会选择去医院做一个身体检查，到医院以后，医生或者护士都会通过把脉、做心电图、胸透等方法对我们的身体进行全面的检查，通过分析脉象和心电图来对我们的身体状况作出判断。于是在节假日的时候，都会有很多人去医
10、院检查身体，由于人很多，需要排很长的队，有时候都不一定能排上，加上昂贵的检查费用，以至于不是每个人都能到医院进行身体检查。身体是革命的本钱，也是我们生存的根本，我们每个人都想对自己的身体健康状况有更加细微的了解，如何才能更加精确的检查我们的身体状况？怎么样才能更加简单的对我们的身体进行检查？什么样的检查能让我们花更少的钱？这都是我们应该考虑的问题，能不能设计一种简单的仪器，不仅操作简单，价格便宜，还能精确检测我们的身体状况呢？人体心室周期性的收缩和舒张将导致人体主动脉的收缩和舒张，使血流压力以波的形式从主动脉根部开始沿着整个动脉系统传播，这种波称为脉搏波。脉搏波呈现出的强度、状态、节律和速率等
11、方面的综合信息，很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特性。人体的脉搏能准确的反映人体的健康状况，通过对脉搏的测量，我们就能对自己的身体有一个大致的了解，在中国很早就有通过把脉检查人体健康状况的研究，而中医的脉相诊断技术就是脉搏测量在中医上卓有成效的应用，但是通过把脉对身体的检查受人为因素影响比较大，而且精确度也不是很高。现在社会各界都提出一种叫做无创测量（noninvasive measurements）又称为非入侵式测量或间接测量，其最重要的特征就是测量的探测部分不侵入人体内，不会对人的身体造成损伤，通过对体表器官的检测间接测量人体的生理和升华参数，医学传感器是获取生物信息并将
12、其转换成易于测量和处理信号的一个关键器件。光电式脉搏传感器是根据光电容积法制成的脉搏传感器，充分利用了光的穿透性和不同物质对光的吸收频率的不同的特点设计而成，通常对手指末端透光度的监测，间接检测出脉搏信号，光电式脉搏传感器具有结构简单、无损伤、复精确度高、价格便宜、操作简单、可重复使用等优点。1.2 国内外的研究现状目前，基于人们对健康的追求，国内外越来越多的人都在致力于人体检测器件的相关研究和开发，在解决人体无创伤检测方面也取得了卓有成效的成就，在很多中外学者的研究论文中，都有对脉搏测量仪的相关研究和而且也取得了一定的突破。在他们的研究论文中也有对脉搏测量仪功能设计方面的很多重要突破的记载，
13、而现在很多研发公司在脉搏测量仪产品的研发和生产方面，也在不断地创新，市面上多种多样的测量仪相继出现在世人面前。2011年，万宝龙于日内瓦高级钟表沙龙SIHH上推出全新Collection Villeret 1858系列Vintage Pulsographe款腕表，即复刻版测量脉搏计时表之意，以标志现代计时技术面世190周年纪念。在国外，针对脉搏信号检测分析系统的研究比较早，发展比较快，也比较深入。早在80年代研制的液态传感器就是利用将单位长度管段动脉内血液体积随时间变化量转换成导电液柱体电阻的该变量来测量脉搏波形。自1969年Kawai发现PVDF薄膜（聚偏氟乙烯）具有明显的压电特性后，PVD
14、F薄膜经过几十年的应用和基础研究，近年来被广泛应用于医疗器械开发和研究中。早在1969年10月，世界上最先运用光敏器件开发光电传感器的公司日本神视株式社会正式成立，此后国外很多大公司越来越重视利用光电传感器实现脉搏信息的无创伤检测的研究。下面是收集一些资料：南朝鲜的PARKYE也曾研制脉象仪；日本田口贤惠曾研制“压力、脉搏测定装置”，代田文彦设计了“局部加压型检脉装置”，Sony公司产生出脉搏记录仪，藤田六郎研制出不接触部位就能测出最大脉搏的光电管容积脉诊仪，冈田藤用陶瓷性压力感测器，开发出适合于浮、中、沉各压力等级的原件，并用此传感器描述了脉象对应的脉搏图形；美国LAUB博士曾研制用于针灸临床新型无创脉搏记录仪；英国人Marcy最早设计了以弹簧为动力的杠杆式脉搏传感器，并记录了桡动脉脉搏波1。在国内，对脉搏信号监测分析的研制和分析处理方法研究上落后于以美国和德国为代表的西方国家，但随着最近几十年生物医学的兴起与发展，我们已经逐步缩小与西方国家的差距，取得了很大的进步。下面是收集的一些资料：1998年国科技大学的朱国富等人研制了袖珍式脉搏测量仪，采用了光电传感器采集脉搏数据2。1999年清华大学的金观昌教授等人将PVDF薄膜用于多点脉搏波测试系统研制当中3；西北工业大学刘希的基于USB的多道生物医学信号数据采
