《基于单片机心率计的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机心率计的设计（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 前排提示，此论文是本人毕业的时候所做论文，通过了查前排提示，此论文是本人毕业的时候所做论文，通过了查 重与答辩，内容真实可靠，结果完美运行重与答辩，内容真实可靠，结果完美运行 归 档 号： 武武汉汉工工商商学学院院 毕毕业业论论文文( (设设计计) ) 学学院院 ： 信息工程学院信息工程学院 专专业业 ：电电子子信信息息工工程程 年年级级 ： 学学生生 ： 学学号号 ： 指指导导教教师师 ： 职职称称 : : 讲讲师师 题题目目 : : 基于单片机心率计的设计基于单片机心率计的设计 2 20 01 16 6 年年 月月 日日 武汉工商学院武汉工商学院 本科毕业论文（设计）原创性声明本科毕业论
2、文（设计）原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意 识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 年 月 日 II 目目 录录 摘要摘要 III 关键词 III ABSTRACT IV KEY WORDS .IV 1 绪论 1 1.1 前言 .1 1.2 研究意义 .1 2 方案论证以及元器件选择 2 2.1 传感器的选择与论证 .2 2.2 信号处理方案选择和论证 .2 2.3 显示模块选择和论证 .3 3 硬件系统设计 4 3.1 系统设计
3、总框图 .4 3.2 单片机最小系统部分 .4 3.3 输入部分 .5 3.3.1 信号采集电路.5 3.3.2 信号放大整形电路.6 3.3.3 键盘电路.8 3.4 输出模块 .9 3.4.1 LCD1602 显示电路9 3.4.2 蜂鸣器.10 4 系统软件设计 11 4.1 测量计算原理 .11 4.2 程序流程图 .12 4.2.1 主流程图.12 4.2.2 心率计数流程图.13 5 系统测试 14 5.1 仿真 .14 5.2 测试数据 .14 5.3 实物效果图 .15 6 总结 15 参考文献 16 III 基于单片机心率计的设计 摘摘 要要 随着经济的飞速发展，人们的生活水
4、平得到了极大的提升，但是工作压力也 是越来越大，很多人生活不规律，又缺乏锻炼，所以疾病就容易找上门。近几年 来，患心脑血管疾病的人越来越多，这类疾病患病率和死亡率都很高，即使应用 目前最先进的治疗手段也不能保证病人完全康复。死于心脑血管疾病的人数逐年 增多，因此越来越多的人开始关注健康。本设计做的就是能够方便地测量心率并 实时显示的数字心率计。 此次设计以单片机为核心控制单元，由红外传感器采集信号，LM358 放大和整 形，以及按键和电源供电作为输入部分，LCD1602 液晶显示和蜂鸣器为输出部分。 测量上下限可用按键调节，并使用蜂鸣器报警，传感器放置部位并不固定，只要 有比较明显的脉搏信号即
5、可，因为指尖的厚度相对人体其他组织而言薄一点，透 过手指后检测到的光强比较大，所以本次设计传感器的测量部分选取指尖，每检 测到一次脉搏跳动红色发光二极管就会亮一次，测量结果在液晶上显示。 关键词：心率计；红外传感器；单片机 STC89C51；LM358 放大器 IIII Design of Heart Rate Meter Based on Single Chip Microcomputer Abstract With the rapid development of society, peoples living standards have been greatly improved, b
6、ut the work pressure is also growing, a lot of people are not regular life, and lack of exercise, so the disease is easy to find the door. In recent years, more and more people suffering from cardiovascular and cerebrovascular diseases, the disease prevalence rate, high disability rate and high mort
7、ality, even if the application is currently the most advanced and perfect treatment means can not guarantee the patient fully recovered. The number of people dying from cardiovascular and cerebrovascular diseases each year is as high as 15 million, so more and more people pay more attention to it. T
8、his design is to be able to easily measure the heart rate and real-time display of digital heart rate. The design of single-chip microcomputer as the core control unit, by the infrared sensor signal acquisition, lm358 amplification and shaping, and the buttons and power supply as input, LCD1602 LCD
9、and buzzer output part. Measurement of upper and lower keys can be used to regulation, and use the buzzer alarm, sensor location is not fixed, as long as there is a more obvious pulse signal can be, because the thickness of the fingertip relative to other tissues in the body a little thin, light int
10、ensity through the fingers after detected relatively large, so the measuring part of the design of the sensor selection of fingertip, each detection to a pulse beat red light emitting diode will be a bright, the final measurement results in digital form on the LCD display. Key words: heart rate mete
11、r; infrared sensor; single chip microcomputer STC89C51; LM358 amplifier 0 1 绪论 1.1 前言 现在人们的生活水平虽然不断提高，但是因为工作繁重，没有时间等等原因 没有去锻炼身体，加上饮食不规律，身体也许会出现问题。身体是革命的本钱， 越来越多的人认识到这一点，开始关注自身的健康。说起健康问题，每年心脏病 都会夺取许多人的生命，各种各样的心脑血管疾病威胁着人类的健康。在现实生 活中，能够直接测量心率的仪器不是很多，在一些小型的医院和诊所里面，有些 医生还在使用淘汰了的的手动听诊器，大大影响了工作的效率，拖延了最佳治疗
12、的时间。这可能会影响病人的病情，这种情况为此次心率计的设计奠定了基础。 1.2 研究意义 心率就是指心脏一分钟跳动的次数，它能够反映出心脏的工作状态，从而发 现人体是否健康。在体育竞赛和临床治疗等方面，准确实时的心率测量都有广泛 的应用。近年来，心脑血管疾病正在夺走越来越多人的生命，于是很多人开始关 注自身的健康状况，很多心脑血管疾病可以通过脉搏反映出来，防病比治病更重 要，针对这些疾病的早期预防是很有意义的工作。 自古以来，脉诊在中医里面就有的重要的地位，医生通过把脉来判断人体的 健康程度。这种方法简单方便，却也暴露了很多问题。医院的医生用听诊器对病 人的心脏进行计数的时候为了节省时间，一般
13、也不会测量一分钟，通常是测量10 秒钟的心跳次数，在乘以6得出一分钟的心跳次数，这种方法还是比较浪费时间， 而且精准度也不高。 动脉硬化检测仪等新技术虽然国内已经引进，但是，这些仪器只在大型医院 中有，使用成本很高，而且也不能随时随地的对心率进行测量。针对这个情况,就 有必要设计出一款简单实用，造价低廉的心率计了。本次设计就是要研制一种面 向个人的便携式数字心率计，能够让人很方便的使用，让人可以随时了解自己的 心血管健康状态，做到对心血管疾病能够及早的发现和预防。 1 2 方案论证以及元器件选择 2.1 传感器的选择与论证 方案一：使用压力传感器，这种方法是通过脉搏的跳动来采集信号的，当心 脏
14、跳动时，手腕和颈部有明显的脉搏，然后把压力传感器放在手腕或者颈部，测 得的信号转换为成为脉冲信号，对脉冲信号整形计数得出心率。 方案二：采用红外传感器来采集心率信号。传感器是由红外发射管以及光敏二 极管组成的。电源给红外发射管加正向的电压，正向的电压产生正向的电流，给 红外发射管发射红外线提供了能量。红外线属于不可见光，它的波长在 760 纳米 到 1 毫米之间。红外接收管具有单向导电特性，所以运行时要加反向的电压。它 的管芯其实是 PN 结，这个 PN 结是具有光敏特性的。当没有光照时，有极小的饱 和反向漏电流，此时光敏二极管截止。当有光照时,饱和反向漏电流大大增强，形 成了光电流,它随着光
15、强度的变化而变化。所以可以通过光照的强度来改变输出的 电流。红外发射管发射红外线，经过手指的血液吸收，由光敏二极管接收。手指 血管的血液浓度随着心脏的跳动呈现周期性的变化,光敏二极管对光的吸收能力也 发生了相应的改变,使得光敏二极管的输出电流也呈周期性的变化,光敏二极管输 出信号的变化可以反映出脉搏的跳动。 经过两个方案的比较，方案二仅仅需要一个手指就可以快速的采集人体心率 信号，所以选择方案二。 2.2 信号处理方案选择和论证 方案一：小规模数字电路：此方案采用一个二进制计数器，对处理完成的脉 波信号进行计数，计时一分钟，把一分钟的计数值显示出来。不足之处是数字电 路器件功能很单一，电路结构
16、复杂，可移植性差，应用成本高，功耗大，效率低， ，本方案不能实现实时心率测量和超限报警。 方案二：单片机集成电路：单片机全称单片微型计算机，又称为 MCU。单片机 发展迅速，应用越来越广泛 ，所以销量极大，各大公司的竞争十分激烈，所以价 格低廉。单片机对数据的分析与处理等方面十分强大。STC 系列单片机是由 STC 公 司推出的一种 51 内核的单片机。单片机 STC89C51 的内部包含了 CPU，I/O 口， ROM、RAM,功能很强大。只要修改程序和一些外部电路就可以改变整个设计的功能， 2 维护和移植很方便。以单片机为核心外接按键、显示器等硬件电路，就能完成数 据运算、脉波计数、显示等功能。STC89C51 引脚图如图 2-1 所示。 经过两个方案的比较，单片机集成度高，体积小，易扩展，性价比高的特点 更符合此次设计的要求，所以，
