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1、江苏理工学院毕业设计说明书（论文）智能脉搏记录仪设计摘要：脉搏测量仪在日常生活中已经得到广泛的应用。为了提高脉搏测量的简便性和精确度，本文介绍一款以AT89S52单片机为核心控制模块的智能脉博记录仪。该仪器通过红外发射管FBCB30与红外接收管TBBB30组成的光电传感器采集脉搏模拟信号，利用LM358芯片构成的放大整形电路将采集到的模拟信号处理成数字信号送给单片机处理，通过LCD1602液晶屏将单片机处理后得到每分钟的脉搏跳动次数显示出来。经过多次实验表明，该仪器较为精确的测量出人体一分钟内脉搏跳动次数，而且操作方便简洁。关键词：AT89S52；脉搏测量；信号处理；计数The Design
2、of Intelligent Pulse RecorderAbstract：Pulse measuring instrument in daily life has been widely used. In order to improve the simplicity and definition , this paper introduces a AT89S52 microcontroller as the core control module intelligent pulse recorder. The instrument FBCB30 and the infrared recei
3、ving tube photoelectric sensor acquisition pulse TBBB30 composed of analog signal through the infrared emission tube ,using the LM358 chip shaping circuit consisting of the collected analog signal into digital signal to the microcontroller processing, the microcontroller via LCD 1602 obtained after
4、processing the pulse beats per minute is displayed. After several experiments show that the instrument is more accurately measure the human pulse beats a minute, and the operation is simple and convenient.Key words: AT89S52 microcontroller; Pulse measuring; Signal Processing; Count目 录前 言1第1章 系统总体设计3
5、1.1 系统设计方案确定31.2 系统模块设计方案论证41.3 系统技术指标5第2章 系统硬件设计62.1 主控制模块62.1.1 AT89S52芯片简介62.1.2 单片机最小系统设计102.2 脉搏感应模块122.2.1 光电传感器简介122.2.2 信号采集电路132.3 信号处理模块152.3.1 LM358芯片简介152.3.2低通滤波放大电路设计162.3.3 整形电路设计182.4 脉搏跳动提示模块192.5 LCD显示模块202.5.1 LCD1602简介202.5.2 LCD1602显示电路设计222.6 测量结束提示模块232.7 电源电路设计24第3章 系统软件设计253
6、.1 主程序设计253.2 外部中断子程序设计263.3 定时中断服务子程序设计273.4 LCD显示子程序设计28第4章 系统调试294.1 硬件调试294.2 软件调试304.3 误差分析30第5章 总结32参考文献33致 谢35附录一：电路原理图36附录二：PCB图37附录三：实物图38附录四：元器件清单39附录五：程序清单40前 言脉搏每分钟跳动次数和频率可以反映出人身体的健康状况，在我国中医“望、闻、问、切”四诊中，脉诊占据着重要的位置。脉诊作为我国传统医学中最具特色的一项“绿色无创”诊断的手段和方法，引起了国内外人士的广泛关注。虽然脉诊以简便、无创、无痛的特点为广大患者所接受，但是
7、中医的医师靠手指获取脉搏信息的方法，在长期的医疗实践中存在一定的局限性1。首先，医生切脉时单凭手指感觉和经验来辨别脉象的特征，表述过程中难免存在许多主观臆断因素，不能规范地判断脉象，其次，用手指切脉的技巧难以掌握，感知的脉象难以记录和保存，对脉象机理的研究产生影响。脉诊的这种定性化和主观性，影响了脉搏测量的精度与可行性，很大程度上制约了中医脉诊的应用、发展和交流。为了提高诊脉的精确度和规范化，需要将诊脉与现代科学技术结合起来，使得脉诊结果更加准确，切脉的方式更加便捷。随着科学技术的飞速发展，脉搏测量技术也逐渐成熟，对脉搏的测量精度要求也越来越高。国内外先后研制了各种类型的脉搏测量仪，其中脉搏测
8、量的关键是脉搏传感器的研究。如今，脉搏传感器主要分为接触式脉搏传感器和非接触式脉搏传感器，利用接触式脉搏传感器所研制的脉搏测量仪各有其优缺点。指夹式脉测量仪比较方便、简单，但手指上的汗腺较多，常年使用可能会使测量灵敏度下降；耳脉测量比较干净，传感器使用环境污染少，容易维护，但耳脉信号较弱，尤其是当季节变化时，所测信号受环境温度影响明显，造成测量结果不准确。人体心室周期性的收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒张，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，很大程度上反映出人体心血管系统
9、中许多生理病理的血流特征。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。近年来国内外致力于开发无创非接触式的传感器，其中以光电式脉搏传感器的发展为主。光电式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。通过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并收到了理想效果。但人体的生物信号多属于强噪声背景下的低频的弱信号, 脉搏波信号更是低频微弱的非电生理信号,因此，必须经过放大和后级滤波以满足采集的要求。本课题设计是一个智能脉搏记录仪系统，利用人体血液循环对光的吸收与衰减呈周期性变化
10、的原理来测量人体的脉搏，通过红外光电传感器采集人体脉搏信号，转换为模拟信号，经过滤波，放大整形电路处理成可供单片机使用的数字信号，单片机对信号计算并通过LCD液晶屏显示每分种脉搏跳动的次数。第1章 系统总体设计1.1系统设计方案确定智能脉搏记录仪系统的设计，通过采集人体脉搏跳动变化引起的一些生物信号，使之转化为可以被测量的物理信号，这些变化的物理信号能够反应人体脉搏的变化。通过后级滤波，放大及整形的方法对转化后的低频微弱物理信号进行处理，处理后的信号送入单片机，单片机将计算得出的每分钟脉搏跳动次数输出到液晶屏上显示。设计的实现，需要运用相应的硬件电路及芯片来处理变化的物理信号并存储脉搏次数。可
11、以根据脉搏信号转化成电信号的思路开始本次设计，通过硬件电路设计和软件编程来实现智能脉搏记录仪的功能要求。根据上面所述，本次智能脉搏记录仪的设计主要分为以下几个模块：单片机控制模块、脉搏感应模块、信号处理模块、测量结束提示模块、脉搏跳动提示模块、LCD显示模块、电源电路模块、晶振模块、复位电路模块。整体系统结构如图1-1所示。图1-1 系统框图图1-1中，系统各模块功能如下：脉搏感应模块：采用红外发射接收对管对人体手指之间的脉搏信号进行检测与采集，将非电量的脉搏信号转化成电信号。信号处理模块：转化后的模拟信号经过低通滤波、放大电路和整形电路的处理，使之转变成能够供单片机使用的数字信号。脉搏跳动提
12、示模块：处理后的数字信号通过对LED发光二极管的点亮和熄灭的方式，提示脉搏跳动的状态。单片机控制模块：单片机作为主控制模块对传递进来的数字信号进行定时，计数及运算处理，计算出每分钟脉搏跳动的次数。测量结束提示模块：当一次脉搏计数结束后，该模块中的蜂鸣器就会导通，提示本次脉搏测量结束。LCD显示模块:采用LCD1602显示每分钟脉搏跳动的次数。电源电路模块:产生直流5V电压给其它电路供电。复位模块：采用复位电路为单片机实现上电复位和手动复位功能。晶振模块：采用晶振电路为单片机提供时钟频率。1.2 系统模块设计方案论证1.单片机控制模块方案方案一：采用AT89S52单片机AT89S52单片机是一种
13、低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单片机芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52单片机为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活，超有效的解决方案。 方案二：采用FPGA单片机FPGA（Field Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。本设计
14、采用方案一，选用AT89S52单片机作为主控制模块。因为FPGA可编程器件接口复杂，操作繁琐。AT89S52单片机使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容，功耗低，操作简单方便，易于实现。2.脉搏感应模块方案方案一：HK-2000A 集成化脉搏传感器 HK-2000A 集成化脉搏传感器采用高度集成化工艺，将力敏元件(PVDF 压电膜)、灵敏度温度补偿元件、感温元件、信号调理电路集成在传感器内。HK-2000A 集成化脉搏传感器的原理是采集信号，输出的模拟信号同步于脉搏波动的脉冲信号，脉搏波动一次，输出一个正脉冲。该产品可用于脉率检测，如运动、健身器
15、材设备中的心率测试。方案二：光电传感器光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等，可以利用红外光电元器件接收脉搏信号并转换成电信号。本设计采用方案二作为脉搏感应模块的控制模块，HK-2000A集成化脉搏传感器，集成化程度高,工作过程复杂,价格比较高。光电传感器有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，价格比较便宜，操作方便，在检测和控制中应用非常广泛。1.3 系统技术指标本课题设计要求具体技术指标如下：1. 实现一分钟脉搏跳动次数的测量，并显示其数值。2. 测量误差小于等于3次每分钟。3. 在脉搏测量时要有脉搏跳动指示。4. 设计功耗低，体积小，交互性强。第2章 系统硬件设计 图2-1 系统硬件框图图2-1系统硬件框图中，光电传感器红外发射管FBCB30发射的红外线透过手指指尖组织，由红外接收管TBBB30接收脉搏信号，转化为电
