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1、1数字电子脉搏计的设计学 生： 周帆指导老师： 蔡培中（湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128）摘 要：脉搏波所呈现出来的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息，能反映出人体心血管系统中许多生理疾病的血流特征。根据人体脉搏信号特征，本文采用红外光电式传感器作为脉搏信号检测部分，并设计了信号放大、滤波、整形等电路；采用 80C51单片机作为控制核心，结合程序共同实现对脉搏信号的测量与控制，设计了具有键盘输入设定、声音警报提示、测量结果显示功能的数字电子脉搏计。通过调试，表明本系统可以实现对脉搏波动频率的测量，为医生的诊断提供客观依据，具有一定的临床应用价值。本文首先描述设计的整体思路，然后
2、介绍各个部分设计中的细节问题，最后提出一些完善本设计的改进意见。关键词：脉搏计；传感器；单片机；Design of the Nuierical Electronic Pulse AccountsStudent: Zhou FanTutor: Cai Peizhong (Orient Science & Technology College of Hunan Agricultural University,Changsha 410128)Abstract：The shape,intensity,speed,and rhythm of pulse signals mostly reflect th
3、e physical and pathological characters of heart-blood system in human bodies.According to the characteristics of the human pulse signals,the digital electron pulsometer uses the infrared photoelectricity type sensor to take the pulse signal examination part,and uses the electric circuit to enlarge,f
4、ilter and reshape the pulse signal;It uses the 80C51 monolithic integrated circuit to take the control core,and uses the procedure to survey and control the pulse signal together;it has the keyboard entry established,the sound warning prompted and the measurement result demonstrated functions.Tests
5、show that the system can measure and 2display the pulse fluctuation frequency,providing an objective basis for doctors to diagnose and having certain clinical value.At the beginning of the paper,the integral notion of the device design is brought out.Afterwards,the detail information of each part is
6、 narrated.At last part,some suggestions for improving the device are provided.Key words: Pulsometer;Sensor;Monolithic integrated circuit目 录摘 要1关键词11前言12 数字电子脉搏计方案的确定22.1 脉搏计基本工作要求及其功能22.2 脉搏计基本方案的选择及确定33 传感器的选择及其电路的设计53.1 传感器的选用及其原理结构53.2 传感器电路的设计63.2.1 发射光电路的设计73.2.2 接收光电路的设计74 放大、滤波、整形电路及元器件的选择84.
7、1 放大电路的设计及其元器件的选择84.2 滤波电路的设计及其元器件的选择94.2.1 整形电路的设计及其元器件的选择105 单片机的选择及其基本电路115.1 单片机选型1135.2 80C51的基本电路126 键盘及其与 80C51输入接口电路的设计147 显示电路的设计及其元器件的选择157.1 显示器的选择及介绍157.2 显示电路的设计及译码驱动器的选择168 警报提示接口电路的设计及其元器件的选择189 电源电路的设计2010 系统总电路图2111 单片机程序的设计2212 结论23参考文献 24致谢25附录26附录 126附录 23441 前言脉搏是人体四大生命特征之一，也是维持
8、机体正常活动的支柱之一，在人体四大生命特征中不可或缺。人体血液循环系统内，血液在心脏收缩与舒张的交替运动下受压进入动脉而流向人体各处。因而动脉的跳动情况就反映了心脏的运动程序，医学上把心脏舒缩是，动脉管壁有节奏地，周期性地起伏叫脉搏。正常脉搏次数与心跳次数相一致，节律均匀，间隔相等，因此测量了脉搏次数实际上就是测量了心脏的跳动规律，这对我们在人体医学研究与身体健康上有着重大的意义。随着科学技术的飞速发展以及人类在医学领域的深入研究与科技成果的成功应用，脉搏测量技术不断发展与进步。传统的脉搏测量用手工测量，通常将指尖轻压动脉向较坚实的面，以使脉搏的感受传到指尖，如果将动脉压上软的组织，则脉动波会
9、被吸收或抵消，使指尖不易触觉脉动；指尖压在动脉上的力量要适中，用力太重时将阻断血流，反而无脉搏产生。这种手工方法虽然简单易行，但容易产生误差，特别在临床住院病人常规监测上，每个护士上下午两次分别测量每个病人的脉搏数，不仅影响工作效率，并且不能连续监测，无法实时观察。目前我过除中医疗法和部分农村仍采用人工把脉（手工测量）外，大部分地区以及国外都采用了电子化的检测设备如腕带式5脉搏计、多通道数字脉搏测量仪以及目前较先进的基于芯片（单片机）控制与嵌入式技术的测量仪器等。正是这些脉搏计的长生为医疗诊断技术的发展带来了重大的贡献。数字电子脉搏计是用来测量人体心脏跳动次数的自动化仪器。它由指套式光电传感器
10、、运算放大器、比较器、80C51 单片机、键盘、译码驱动器，三位静态 LED显示器及警报装置组成。它是一种自动检查并测量人体脉搏的仪器，能直观的显示人体每分钟的脉搏数，并能提示脉搏是否正常，可连续动态检测，具有大的应用前景。2 数字电子脉搏计方案的确定2.1 脉搏计基本工作要求及其功能 脉搏计是用来测量人体 1 分钟的脉搏数，显示其测量结果或并能进行提示的仪器，在医学上使用广泛。它要求能够准确的测量出小孩、成年人、老人的脉搏并进行显示或提示。由医学常识可知，正常人脉搏数一般为 6080 次/min ，婴儿为 90100 次/min，老人为 100150 次/min。由此可知脉搏计是用来测量频率
11、较低（由上述可知，人体脉搏的频率范围一般在 12.5Hz 以内）的小信号，它的几本功能应该是： 用传感器讲脉搏的跳动转换为电压信号，并加以放大、整形和滤波。 在短时间内测出每分钟的脉搏数，并进行显示或提示。2.2 脉搏计基本方案的选择及确定 在清楚了脉搏计应具备的基本功能后，接下来一步也是最重要的一步是如何确定脉搏计的基本方案。在多经查找已有脉搏计的设计资料后，发现目前的电子化脉搏测量仪器大可分为以下三种：能同时检测两种或两种以上人体生命特征的测量仪器，如松下电子血压计不仅可测量脉搏，而且能同时测量血压。采用传感器对人体手腕处的脉搏进行检测的仪器，如腕带式脉搏计等。利用传感器对人体指端的脉搏进
12、行检测的仪器，如体育测量用的脉搏测量仪就采用指套式测量。数字电子脉搏计基本方案的来源主要是针对腕带式与指套式脉搏测量仪的分析与比较。以西安工业学院某讲师等设计的腕带式脉搏计为例，该腕带式脉搏计的基本功能是采用传感器检测手腕处的脉搏信号，脉搏信号转化为电信号后经放大、整形，输入数字计数器或单片机（微处理器） ，之后将测量结果进行显示。其基本的系统方框图如图 1：控制电路数字计数器或单片机(微处理器)译码显示6图 1 腕带式脉搏计的系统方框图Fig1 The system block diagram of wrist belt type pulsometer下图 2 是测量指端脉搏的电子脉搏计的系
13、统方框图：图 2 某电子脉搏计的系统方框图Fig2 The system block diagram of some electronic pulsometer各部分的功能如下：传感器：将脉搏跳动信号转换为与此对应的电脉冲信号。放大与整形：电路将传感器的微弱信号放大，整形除去杂散信号。倍频器：将整形后所得到的脉冲信号的频率提高。图 2 是讲 15S 内传感器所获得的信号频率 4 倍频，即可得到对应的一分钟的脉冲数，从而缩短测量时间。控制电路：用以保证在基准时间的控制下，使 4 倍频后的脉冲信号送到计数、显示电路中。计数、译码、显示电路：用来读出脉搏数，并以十进制数的形式由数码管显示出来。上述测
14、量过程中，由于对脉冲进行了 4 倍频，计数时间也相应的缩短了 4 倍，而数码管显示的数字却是 1 分钟的脉搏跳动数。此种方案存在的缺点与不足有：测量不准确，测量时间越短，误差也越大；易受外界的干扰；测量时间固定，不能进行修改；缺少对测量结果的分析（不能提示是否正常） 。传感器 放大、整形 传感器 放大与整形基准时间产生电路倍频器控制电路 计数译码显示7结合上述两种脉搏计的基本工作原理，并特别针对第二种方案的缺点与不足，对指端脉搏计进行了改进与创新。除传感器方面基本一致外，控制、整形、显示等进行了改进。改进后的基本方案如下图 3图 3 数字电子脉搏计的系统方框图Fig3 The system block diagram of digital electron pu
