单片机心率检测仪

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1、辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术 课程设计（论文）课程设计（论文） 题目：题目： 心率检测仪心率检测仪 院（系）：院（系）： 专业班级：专业班级： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： （签字） 起止时间：起止时间：2017.06.05-2017.06.16 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） I 课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院 教研室：自动 化 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） II 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩2

2、0% 以百分制计算 学 号学生姓名专业班级 课程设计 （论文）题 目 心率检测仪 课程设计（论文）任务 课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数 实现功能实现功能 心率检测仪具有检测心率、记录历史数据、数据上传至 PC 等功能。心率检测仪的 硬件设计包括单片机选型、最小系统电路、心率检测电路、数据记录电路、数据上传电 路、数码管显示电路等。数码管显示当前心率信息，并将这些信息通过记录电路记录和 上传电路传至 PC 机，软件采用 C 语言实现。 设计任务及要求设计任务及要求 1、确定设计方案，画出方案框图。 2、进行硬件电路的设计，包括元器件选择。 3、绘

3、制原理图、PCB。 4、绘出程序流程图，并编写心率采集程序、数据记录、数据上传及数码管显示程 序。 5、要求认真独立完成所规定的全部内容；所设计的内容要求正确、合理。 6、按学校规定的格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。 技术参数技术参数 1、心率误差1%。 进度计划 1、布置任务，查阅资料，确定系统设计方案（2 天） 2、系统硬件设计及模块选择（3 天） 3、系统软件设计及编写功能程序及调试（3 天） 4、撰写、打印设计说明书（1 天） 5、验收及答辩。 （1 天） 指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日 辽 宁 工 业

4、 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） III 摘 要 心率检测仪在我们的日常生活中已经得到了非常广泛的应用,通过观测手指 上的脉搏信号，可以对人体的健康进行检查，除了应用于医学领域，如无创心血 管功能检测、妊高症检测、中医脉象、脉率检测等等，商业应用也不断拓展，如 运动、健身器材中的心率测试都用到了技术先进的心率检测仪。 本课题设计了基于 51 单片机的心率检测仪。系统以 STC89C52 单片机为核心， 以光电传感器利用单片机系统内部定时器来计算时间，由光电传感器感应产生信 号，单片机通过对信号累加得到心率跳动次数，时间由定时器定时而得。系统运 行中可以通过观察指示灯闪烁，若均匀闪

5、烁说明测量值准确。系统停止运行时， 能够数码管显示总的心率次数。然后数据上传到 PC 机，通过控制按键还可以对 数据进行记录和查询。 本次设计的心率检测仪经过多次测试，可以准确显示出心率值，并且能对数 据进行记录和上传。 关键词：光电传感器；单片机；心率检测仪 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） IV 目 录 第 1 章 绪论 1 1.1 选题的背景 1 1.2 心率测量仪的发展与应用 1 第 2 章 课程设计的方案 3 2.1 概述 3 2.2 模块的选型和论证 3 2.2.1 主控模块的选型3 2.2.2 数码管模块的选型3 2.3 系统组成总体结构 4 第 3

6、章 硬件设计 5 3.1 单片机最小系统设计 5 3.2 滤波整形电路 7 3.3 传感器简介 7 3.4 串行数码管模块简介 8 3.5 CH340 串口模块简介 8 3.6 总原理图 9 第 4 章 软件设计 .10 4.1 系统软件总体设计 .10 4.2 系统主要部分软件设计 .11 4.2.1 EEPROM 数据记录与查询11 4.2.2 光电传感器数据采集11 第 5 章 课程设计总结 .13 参考文献 14 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 1 第 1 章 绪论 1.1 选题的背景 在中医四诊（望、闻、问、切）中，脉诊占有非常重要的位置。脉诊是我国 传

7、统医学中最具特色的一项诊断方法，其历史悠久，内容丰富，是中医“整体观 念” 、 “辨证论证”的基本精神的体现与应用。脉诊作为“绿色无创”诊断的手段 和方法，得到了中外人士的关注。但由于中医是靠手指获取心率信息，虽然脉诊 具有简便、无创、无痛的特点易为患者接受，然而在长期的医疗实践中也暴露出 一些缺陷。首先，切脉单凭医生手指感觉辨别脉象的特征，受到感觉、经验和表 述的限制，并且难免存在许多主观臆断因素，影响了对脉象判断的规范化；其次， 这种用手指切脉的技巧很难掌握；再则，感知的脉象无法记录和保存影响了对脉 象机理的研究。脉诊的这种定性化和主观性，大大影响了其精度与可行性，成为 中医脉诊应用、发展

8、和交流中的制约因素。为了将传统的中医药学发扬光大，促 进脉诊的应用和发展，必须与现代科技相结合，实现更科学、客观的诊断。 现在医院的护士每天都要给住院的病人把脉记录病人每分钟心率，方法是用 手按在病人腕部的动脉上，根据脉搏的跳动进行计数。为了节省时间，一般不会 作 1 分钟的测量，通常是测量 10 秒钟时间内心跳的数，再把结果乘以 6 即得到 每分钟的心跳数，即使这样做还是比较费时，而且精度也不高。为了提高心率测 量的精确与速度，多种心率测量仪被运用到医学上来，从而开辟了一条全新的医 学诊断方法。 1.2 心率测量仪的发展与应用 早在1860年Vierordt 创建了第一台杠杆式心率描记仪，国

9、内20世纪50年代初 朱颜将心率仪引用到中医脉诊的客观化研究方面。此后随着机械及电子技术的发 展，国内外在研制中医心率仪方面进展很快，尤其是70年代中期，国内天津、上 海、江西等地相继成立了跨学科的脉象研究协作组，多学科共同合作促使中医脉 象研究工作进入了一个新的境界。脉象探头式样很多，有单部、三部、单点、多 点、刚性接触式、软性接触式、气压式、硅杯式、液态汞、液态水、子母式等组 成,脉象探头的主要原件有应变片、压电晶体、单晶硅、光敏元件、PVDF压电薄 膜等，其中以单部单点应变片式为最广泛，不过近年来正在向三部多点式方向设 计。 随着科学技术的发展，心率测量技术也越来越先进，对心率的测量精度

10、也越 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 2 来越高，国内外先后研制了不同类型的心率测量仪，而其中关键是对心率传感器 的研究。近年来国内外致力于开发无创非接触式的传感器，这类传感器的重要特 征是测量的探测部分不侵入机体，不造成机体创伤，能够自动消除仪表自身系统 的误差，测量精度高，通常在体外，尤其是在体表间接测量人体的生理和生化参 数。 其中光电式心率传感器是根据光电容积法制成的心率传感器，通过对手指末 端透光度的监测，间接检测出心率信号。具有结构简单、无损伤、精度高、可重 复使用等优点。通过光电式心率传感器所研制的心率测量仪已经应用到临床医学 等各个方面并收到了理想

11、效果。 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 3 第 2 章 课程设计的方案 2.1 概述 本次设计主要是综合应用所学知识，设计心率检测仪，并在实践的基本技能 方面进行一次系统的训练。能够较全面地巩固和应用“单片机”课程中所学的基 本理论和基本方法，并初步掌握小型单片机系统设计的基本方法。 应用场合：应用于家中对心率进行检测。能够较为准确的反映家人的心率状 况，有效的预防心血管疾病。同时还可以应用于医院，能够使医生更加方便快速 的了解病人的心率情况，并对病情做出正确的判断。 系统功能介绍：心率测试仪由光电传感器向单片机传送数据由数码管显示并 且有 EEPROM 记录历史

12、数据。实现心率的测试和历史记录功能。 2.2 模块的选型和论证 2.2.1主控模块的选型 方案一 采用 MSP430 系列单片机，该单片机是 TI 公司 1996 年开始推向市场的一种 16 位超低功耗的混合信号处理器。其内部集成了很多模拟电路、数字电路和微处 理器，提供强大的功能。不过该芯片昂贵不适合一般的设计开发3。 方案二 采用 51 系列的单片机，该单片机是一个高可靠性，超低价，无法解密，高 性能的 8 位单片机，32 个 IO 口，且 STC 系列的单片机可以在线编程、调试，方 便地实现程序的下载与整机的调试。 通过上述比较我们选择方案二中的 51 系列单片机作为主控芯片。 2.2.

13、2数码管模块的选型 方案一： 采用 LED 数码管静态扫描，LED 数码管价格虽适中，对于显示数字也最合适， 而且采用静态扫描法与单片机连接时，占用单片机口线多。不方便其他功能的添 加所以不采用 LED 静态数码管作为显示。 方案二： 采用 LED 串口数码管动态扫描，LED 数码管价格稍贵，但该模块继承了译码 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 4 器等模块，放便使用的同时节省了空间，也方便用户的编程。在与单片机连接方 面，串口数码管仅用五根线，大大节省了单片机接口的占用率。 通过上述比较我们选择串口数码管作为数据显示。 2.3 系统组成总体结构 如图 2.1 所示

14、系统总体设计由 STC89C52、按键、数码管、光电传感器、运放 模块、EEPROM、串口通信等构成。测量心率时光电传感器 ST188 对数据进行采集， 然后经过滤波整形电路将电压输出到单片机。单片机经过一系列计算算出心率值 然后控制数码管显示心率值。同时 24C02 芯片对单片机计算出的心率值进行记录， 方便之后数据的查询和记录功能。单片机还通过 CH340 将单片机算出来的心率传 送到 PC 机。 光电传感器滤波整形电路 CH340G 串口上传 数码管 24c02 数据存储 STC89C52 最小系统 图2.1 系统组成总体结构 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文）

15、 5 第 3 章 硬件设计 3.1 单片机最小系统设计 主控模块模块在整个系统中起着统筹的作用，需要检测键盘等各种参数，同 时驱动液晶显示相关参数，在这里我们选用了 51 系列单片机中的 STC89C52 单 片机作为系统的主控芯片。 51 系列单片机最初是由 Intel 公司开发设计的，但后来 Intel 公司把 51 核的 设计方案卖给了几家大的电子设计生产商，譬如 SST、Philip、Atmel 等大公司。 因此市面上出现了各式各样的均以 51 为内核的单片机6。这些各大电子生产商 推出的单片机都兼容 51 指令、并在 51 的基础上扩展一些功能而内部结构是与 51 一致的。 STC8

16、9C52 有 40 个引脚，4 个 8 位并行 I/O 口，1 个全双工异步串行口，同 时内含 5 个中断源，2 个优先级，2 个 16 位定时/计数器。STC89C52 的存储器系 统由 4K 的程序存储器(掩膜 ROM)，和 128B 的数据存储器(RAM)组成。 STC89C52 单片机主要特性 1. 一个 8 位的微处理器(CPU)。 2. 片内数据存储器 RAM(128B)，用以存放可以读写的数据，如运算的中 间结果、最终结果以及欲显示的数据等，SST89 系列单片机最多提供 1K 的 RAM。 3. 片内程序存储器 ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始数据和表格。但也 有一些单片机内部不带 ROM