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1、第1章 概 述随着科学技术的发展，脉搏测量技术也越来越先进，对脉搏的测量精度也越 来越高，国内外先后研制了不同类型的脉搏测量仪，而其中关键是对脉搏传感器 的研究。起初用于体育测量的脉搏测试集中在对接触式传感器的研究，利用此类 传感器所研制的指脉、耳脉等测量仪各有其优缺点。指脉测量比较方便、简单， 但因为手指上的汗腺较多，指夹常年使用，污染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。但因耳脉较弱，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3。过去在医院临 床监护和日常中老年保健中出现的日常监护仪器，如便携式电子血压计，可以完 成脉搏的测量
2、,但是这种便携式电子血压计利用微型气泵加压橡胶气囊，每次测量 都需要一个加压和减压的过程，存在体积庞大、加减压过程会有不适、脉搏检测 的精确度低等缺点。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。其中光电式脉搏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
3、。人体心室周期性的收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒张，是血流压力以波的 形式从主动脉根部开始沿着整个动脉系统传播，这种波成为脉搏波4。从脉搏波中 提取人体的心理病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历来都受到中外医学界的 重视。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，在很大程度上反映出人体心血管系统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5。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,因此必需经过放大和后级滤波以满足采集的要求。第2章 总体设计思想2.1 基本原
4、理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。本系统采用STC89S51单片机为核心 而制作的一种实用型脉搏测量仪。采用 HK-2000A 集成化脉搏传感器作为传感器对 人体的脉搏心率警醒数据采集。得到的信号送入 STC89S51 单片机进行处理。单片 机将采集到的脉搏心率在数码管上实时显示出来，同时还设置了脉搏测量仪的上 下限报警电路。本文首先描述本设计的整体思路，然后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。从脉搏波中提取人体的生理病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历来都受 到中外医学界的重视。几乎世界
5、上所有的民族都用过“摸脉”作为诊断疾病的手 段。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，在很大程度上反映出人体心血管系统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。2.2 设计框图本设计中，采用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。压电式原理采集信号，模拟信号输出，输出同步 于脉搏波动的脉冲信号，脉搏波动一次输出一正脉冲。该产品可用于脉率检测， 如运动、健身器材设备中的心
6、率测试。单片机只需要对脉搏信号的波动频率进行测量、计算和显示，对单片机的要 求不是很高。而对 51 单片机，本人比较熟悉，所以，本设计中选择 51 单片机作 为信息处理中心。设计出来的系统是可以设定报警的范围的。对显示部分采用以下方案：采用 数码管。数码管具有功耗小、轻薄短小无辐射危险，简单方便等特点。根据以上分析，结合器件和设备等因素，确定如下方案：1. 采用 STC89C51 单片机作为控制器，分别对输入、显示、信号的处理和控 制。2. 传感器部分采用光 HK-2000A 集成化脉搏传感器，该器件结构简单、可靠 性高、抗干扰能力强。3. 显示用数码管显示实时脉搏数和蜂鸣器报警上下限数值。系
7、统的基本框图如下图 2.1 所示：脉搏传感器电路STC89C51 1单片机处I 数码管显示电路震荡电路蜂鸣器报警电路图2.1基本框图第3章设计步骤和调试过程3.1总体设计电路3.1.1单片机处理电路u:VCCiHLP1. ffin?1 1785：mai VCC3:11：1210JJMJ13Ii.广1i_口19JIX20CON316p230p?：.D PLIPLS ?L3 ?i/Pi.5 ?/ P亦 REST PlD(RXDj ?3.mD)： P；-IWT0) PgjIMTl) 囁(TO) P5(TL) Pifi(-WR)： 欧血j ZTAL2 MLCiNDVDDP0.0(ADD)P01(AD1
8、)P0.2(AD2)P0.3(AD3)PQ.如) P叮血、P0.d(ADfi)P0.XAD7)-掘 VppAU-PROG|PSENP?.卓 16P2.血 5P2.AI2)P2.3(A11)P2.2A10)P2 lA3)P2.0A8)353&37DOLEUSTC89P.2LED 31-31777?7Z2:亘2C51单片机中-_咤-FTVCCbellN.- BELL2L_LE理电路图3.1单片机处理电路STC89C51系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的 单片机，指令代码与传统8051单片机完全兼容。3.1.2单片机复位电路图3.2单片机复位电路图时钟电路工作后，在REST管
9、脚上加两个机器周期的高电平，芯片内部开始 进行初始复位。3.1.3脉搏传感器电路3.1.4报警电路图3.4 LED灯与蜂鸣器电路根据医学数据，人体脉搏正常在60到120之间，当数码管所显示的示数大于 120时LED红灯亮，蜂鸣器响应报警；示数小于60时LED黄灯亮，蜂鸣器响应 报警；示数大于120时小于60时，LED绿灯亮，蜂鸣器不响。因为单片机的端口 输出电流能力低，无法直接驱动那些器件，故增加三极管加大功率，驱动蜂鸣器 工作。3.2模块设计和相应模块程序3.2.1程序设计在软件设计中，一般采用模块化的程序设计方法，它具有明显的优点。把一 个多功能的复杂的程序划分为若干个简单的、功能单一的程
10、序模块，有利于程序 的设计和调试，有利于程序的优化和分工，提高了程序的阅读性和可靠性，使程 序的结构层次一目了然。应用系统的程序由包含多个模块的主程序和各种子程序 组成。各程序模块都要完成一个明确的任务，实现某个具体的功能，在具体需要 时调用相应的模块即可。这里采用顺序结构，通过对按键的扫描，判断要实现什么功能。是I直位炸吗器标恚盃，同时关面走时弱J中時、外部中站“源回，夕卜害匹匸口断耳展脉冲亡缈鹉 r;ourit 吕士曲 1 - 图 3.5 程序流程图/* 初始化函数void init()t=0;TMOD=0x11;TH1=-5000/256;TL1=-5000%256;TH0=0x3c;T
11、L0=0xb0;EA=1;ET1=1;TR1=1;TR0=1;ET0=1;IT0=1;EX0=1;3.2.2 主程序源代码设计源程序的编写有多种语言，经过对原理的分析和自身的实际情况本课程设采用c语言编写，其主要程序代码如下：/定时器0， 1的定时方式1都打开/定时器1定时5ms/定时器0定时50ms/开总中断/开定时器1中断/开定时器1/开定时器0/开定时器0中断/下降沿促发/开中断03.3 实验调试结果由仿真图可知，该程序可以实现任务书中所要求的脉搏检测的功能，包括常 人脉搏、婴儿脉搏及老人脉搏三部分，并通过数码管显示其脉搏。为了实现脉搏测量重复性，特别设置单片机复位按键和测试复位按键。同
12、时 方便观察脉搏次数变化，采用动态扫描显示的方式，使用共阳极数码管，可以随 时方便观察脉搏跳动变化。当测试结束时，增加的报警功能，起到对病人进行预 警作用，当3种灯任何一种灯亮起时，即表示测试结束。当然本次脉搏测量仪还 有很多改进地方，比如HK-2000A集成化脉搏传感器对微弱跳动特别敏感，在测量 时，手腕手指手掌等身体移动都会影响测量，因此在测量时需要防止其他部位移 动。总结总结通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。我觉得做课程 设计同时也是对课本知识的巩固和加强，平时看课本时，有时问题老是弄不懂， 做完设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如单片机管脚 用途
13、，平时看课本，这次看了，下次就忘了，主要是因为没有动手实践过吧！认 识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。在 内容设计方面，比较深入的学习了单片机方面的知识，补充了自己知识上的不足 更重要的是给自己找到了一个新的发展方向。参考文献1 刘云丽,徐可欣等.微功耗光电式脉搏测量仪.电子测量技术.2005.第二期2 李世馨.模拟电子技术基础.高等教育出版社.2001.12 33 朱国富，廖明涛，王博亮.袖珍式脉搏波测量仪.电子技术应用.1998.第1期4 欧阳俊.基于BL-410的指端脉搏波采集系统应用研究.2004.第11卷第2期5 程咏梅，夏雅琴，尚岚.人体脉搏波信号
14、检测系统.北京生物医学工程.2006.第25卷6 任为民.电子技术基础课程设计. 中央广播电视大学出版社. 1997年5月第1 版7 张毅坤.单片微型计算机原理及应用. 西安电子科技大学出版社. 1998.9第1 版8 刘文，杨欣，张铠麟基于AT89C2051单片机的指脉检测系统的研究医疗装 备.20059 朱月秀.单片机原理与应用.科学出版社.2004.210 韩文波.光电式脉搏波监测系统.长春光学精密机械学院学报.1999.第22卷 第4期附录 1 仿真电路图u二-p-l-fllrlilirrsLIJ .U 1-T1 J._i?u r.r- i 7 abMRE-rbN = -u一二u-mua-d 疇豊咼一HTrFrFFr亠p-lpr-一 一 一 一一-二rr- ;二 p-l U F-l IP-I
