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1、扬州市职业大学毕业设计说明书(论文)作 者 :学 号：教 学 点 :专 业 : 机电一体化技术题 目 : 基于单片机的心率计的设计指导者： 评阅者： 2012 年 5 月许翔 讲师扬州市职业大学毕 业 设 计 （ 论 文 ） 评 语学生姓名： 班级、学号： 题 目：基 于 单 片 机 的 心 率 计 的 设 计 综合成绩： 指导者评语：指导者(签字) ： 2011 年 5 月 18 日毕 业 设 计 （ 论 文 ） 评 语评阅者评语：评阅者( 签字)： 2011 年 5 月 18 日答辩委员会（小组）评语：答辩委员会（小组）负责人( 签字)： 2011 年 5 月 18 日毕 业 设 计 说
2、明 书 （ 论 文 ） 中 文 摘 要在社会飞速发展的今天，人们的物质文化生活得到了极大的提高，但同时多种疾病威胁着人们的生命；而心脏病的发作又是人们难以预防的突发致命疾病，所以健康也被越来越多的人所重视。本设计要解决的问题就是可以测量心率、预防心脏病等心脏方面疾病的数字心率计。本设计采用以 AT89S52 单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示心率计的硬件电路和软件设计方法。整个电路采用模块化设计，由主程序、预置子程序、信号采集子程序、信号放大处理子程序、显示子程序等模块组成。各探头的信号经单片机综合分析处理，实现心率测量的各种功能。在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实
3、现了各个功能模块。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。该心率计的原理是用红外光电传感器 OPT101 接收到人体信号，因人体信号很微弱，所以在电路中设置了双重放大电路（主要芯片：OP07、LM324N） 。经过以上处理后，再传给单片机 AT89S52 计算，计算完后由四位数码管显示出来。该心率计可以简单的测量出人的心跳和人体体温，基本实现了预定的目标，这将大大减少病人测量心跳和体温的时间。关键字：心率；测量； 单片机 AT89S52；传感器 专科毕业设计说明书（论文）第 I 页 共 I 页目录摘要. 1 绪论1.1 课题的来源 1.2 课题设计的目的及功能实现的方法1.3 论文结构2 总体设计
4、方案2.1 心率计2.2 总体电路框图设计3 元器件选择及其功能介绍3.1 单片机 AT89S523.2 -12V 电源3.3 传感器 OPT1013.3.1 OPT101 的技术性能3.4 信号放大线路3.4.1 一级信号放大电路3.4.2 二级信号放大电路3.5 比较电路3.6 显示电路 4 系统软件设计4.1 测量计算原理4.2 主程序流程图4.3 中断程序流程图4.4 定时器 T0 和 T1 的中断服务程序5 系统硬件调试5.1 系统部分电路测试5.1.1 放大电路5.1.2 比较电路5.2 实验与焊接阶段5.2.2 试验阶段5.2.2 焊接阶段5.3 整机调试 5.3.1 心跳的测量
5、过程5.3.2 几种主要系统干扰与影响6 总结与展望致 谢参考文献附录专科毕业设计说明书（论文）第 I 页 共 I 页1 绪论心率不仅是反映心脏功能强弱的重要标志，也是反映人体运动强度的生理指标，很多情况下我们需要及时知道自己的心率本文介绍一种基于单片机技术的心率计，单片机的可编程性使其具有较大的适应性和灵活性1.1 课题的来源在医学上，通过测量人的心率，便可初步判断人的健康状况。随着人们生活水平的提高，地球环境遭到破坏，多种疾病威胁着人们的生命；而心脏病的发作又是人们难以预防的突发致命疾病。因此，心率计很快产生，并得到发展。随着单片机技术的发展、人们的生活节奏加快，设计一种以使用方便为前提，
6、能够快速测出人心率的心率计，不仅是临床者的欲求，也是体育训练者和外出旅游者的需求，因此，单片机快速心率计有着广阔的市场前景。根据设计任务要求： 心率计要在短时间内显示被测人的心率参数 要求设计异常光报警 心率传感器要求套在手指测量。该设计，从符合操作简便、外表美观、实用、安全的要求出发，完成设计和调试的全过程，该产品经过数十人的测试，符合毕业设计题目的要求。1.2 课题设计的目的及功能实现的方法现在经常可以看到在许多小型医院里，对心率的测定仍采用人工听诊器的方式，为了方便心率的采集，决定用 AT89S52 单片机为主芯片制作一个简单易用易携的心率计，能自动测量心跳次数并数字化形象直观的表现出来
7、。为此，其中心率计特色功能的实现主要靠有效稳定的信号采集模式，可以通过查阅资料发现主要的心率采集有两种方法：通过一对红色发光二极管实现和通过压电陶瓷芯片实现。方案一：检测的基本原理：随着心脏的搏动，人体组织半透明度随之改变，当血液送到人体组织时，组织的半透明度减小；当血液流回心脏，组织的半透明度增大。这种现象在人体组织较薄的手指尖、耳垂等部位最为明显。因此，本心率计将红外发光二极管产生的红外线照射到人体的上述位置，并用装在该部位另一侧或旁边的红外光电管来检测机体组织的透明程度并把它转化为电信专科毕业设计说明书（论文）第 I 页 共 I 页号。由于此信号的频率与人体每分钟的脉搏次数成正比，故只要
8、把它转换成脉冲并进行整形、计数和显示，就能实现实时检测脉搏次数的目的。方案二：检测的基本原理：随着心脏的搏动，人体手腕的脉搏及颈部的搏动较为明显，我们采用压电传感器放在上述位置，把压电传感器测到的信号转换成脉冲并进行整形、计数和显示，就能实现实时检测脉搏次数的目的。1.3 论文结构本文阐述了基于单片机设计的心率计的设计原理与 实现方法。以 AT89S52单片机为基础，实现了心率计的各种功能。文中详细地描述了心率计的设计过程，包括：取样电路、放大电路、比较电路、单片机处理电路和显示电路，同时还提出了基于单片机的编码、译码程序设计流程图。从整体上实现了心率计的功能。第 1 章：对本论文的选题的目的
9、和意义以及论文的结构进行了阐述，并说明了心率计的设计思路及课题的设计和要求。第 2 章：介绍了系统整体方案的设计与原理总图，简要的介绍了设计的原理和框图介绍。第 3 章：详细介绍了系统所需的主要元器件单片机 AT89S52、运算放大器OP07、电压比较器 LM324N 及部分元器件使用说明。第 4 章：详细介绍了单片机最小系统，对取样电路、放大电路、比较电路、和单片机处理电路和显示电路进行了设计。并附了部分电路的仿真图。第 5 章：在硬件设计的基础上，阐述了对软件的设计并介绍了程序计算方法，给出了程序主程序和子程序。第 6 章：在本章介绍了软硬件调试、焊接及仿真和结果分析第 7 章：总结本文的
10、研究工作，对心率计未来的发展方向及需要改进的地方进行了展望。专科毕业设计说明书（论文）第 I 页 共 I 页2 总体方案设计2.1 心率计原理随着心脏的搏动，人体组织半透明度随之改变。当血液送到人体组织时，组织的半透明度减小;当血液流回心脏，组织的半透明度增大。这种现象在人体组织较薄的手指尖、耳垂等部位最为明显。因此，本心率计将红外发光二极管产生的红外线照射到人体的上述部位，并用装在该部位另一侧或旁边的红外光电管来检测机体组织的透明程度并把它转换成电信号。由于此信号的频率与人体每分钟的脉搏次数成正比，故只要把它转换成脉冲并进行整形、计数和显示，就能实现实时检测脉搏次数的目的。本电路把心跳脉冲输
11、入给计数器之前，作了 100 倍频处理，组成方框图。假设心跳每分钟为 n 次，相当频率 n/60Hz，经过 100 倍频处理,这时，只要计数闸门设置为 0.6 秒，则能准确显示出心率来。如 n=76，100 倍频后频率为 127Hz，通过脉冲为 1270.6=76，正好与实际心率相符。2.2 总体电路框图设计心率计的总体设计电路框图如图2-1所示，主要包括取样电路、放大电路、比较电路、单片机处理电路和显示电路先用红外光电传感器采集与心跳同频率的信息，当人体组织半透明度的数值较大时，红外光电二极管Dl发射出的透过人体组织的光强度很弱，光敏三极管无法导通，所以输出端为高电平；当人体组织半透明度的数
12、值较小时，红外光电二极管Dl发射出的透过人体组织的光强度较强，光敏三极管导通，输出端为低电平，这样就形成了频率与脉搏次数成正比的低频信号，它近似于正弦波形脉搏为50次/分时，频率是078Hz，199次/分时,频率是333Hz，从传感器过来的是低频信号该低频信号首先经RC振荡器滤波以消除高频干扰，经无极性隔直流电容C3、C5加到线性放大器的输入端放大器将信号放大100倍，并与R7、C6组成截止频率为10Hz-1Hz左右的低通滤波器以进一步滤除残留的干扰正弦信号经CIO、R14微分形成尖脉冲信号，单稳态振荡电路将尖脉冲信号转化为同频率的长脉冲信号，该脉冲信号通过R17送到单片机后，软件对信号进行处理，最后在数码管上显示数值。专科毕业设计说明书（论文）第 I 页 共 I 页光电传感器一级放大电路单片机处理电路显示电路-12V 电源比较电路二级放大电路图 2-1 系统设计原理图3 元器件选择及其功能介绍3.1 单片机 AT89S52主要性能：（1） 与 MCS-51 单片机产品兼容（2） 8K 字节在系统可编程 Flash 存储器（3） 1000 次擦写周期 （4）全静态操作：0Hz33Hz（5） 三级加密程序存储器（6） 32 个可编程 I/O 口线 专科毕业设计说明书（论文）第 I 页 共 I 页（7） 三个 16 位定时器/计数器（8） 八个中断源（9） 全双工 UART 串
