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1、光电脉搏测试仪（A题） 摘要：本便携式脉搏测试仪基于光电脉搏检测原理，采用89C51单片机板作为核心控制器。该设计通过红外发光二极管发射红外光，红外光透过率的改变反映手指血液容量的周期性变化，由光敏二极管接收受调制的光信号, 经过滤波、放大等处理后，通过单片机获取脉搏信号。测试仪采用12864 点阵型LCD 液晶显示器，实现了实时显示每分钟的脉搏数。在此基础上该系统还实现了自启动测量、脉搏报警等功能。关键词：脉搏 光电 89C51单片机一、 引言二、 系统设计方案 2.1方案论证 脉搏检测系统总设计框图使用时将手指放在红外线发射二极管和接收二极管之间，血管中血液饱和度的变化引起光的传递强度变化
2、，使得红外接收二极管输出与心跳节拍相对应的脉冲信号，并转化为同步的电压信号输出。经过信号放大调理整形电路后, 产生TTL电平匹配的矩形波,送入89c51单片机,同时通过按键控制显示、异常报警,等功能相结合,具有较强的实用性。三、 理论分析与计算3.1 脉搏信号参数分析脉搏每分钟跳动的次数是一项重要的生理参数，它反应人体心脏工作的频率。正常人的脉搏次数是每分钟60 到70 次，这种信号频率较低，信息微弱，其幅度一般在微伏到毫伏的数量级范围，因此在处理脉搏信号需要选择合适的放大器。脉搏信号噪声强，脉搏信号幅度小，因而信噪比低，极容易引入干扰，如肌体动作、精神紧张带来的干扰，以及50Hz 的工频干扰
3、，需要对脉搏信号作消噪处理。脉搏波频率低，范围是0.1 到3.4Hz，主峰频率在1Hz 左右，主要频率分量一般在20Hz 以下。3.2信息采样与处理参数分析 单片机采集到脉搏信号后，根据提取的脉搏波特征，编程实现脉搏速率的计数，设置采用率为50Hz, 计算得到两波峰指尖的点数，1 秒钟采集50 个点，通过采集的点数可以计算得到60s 单片机采集到的脉搏波点数，通过采集到脉搏波的总点数除以两波峰之间的点数，就可以得到一分钟出现的脉搏次数，计算脉搏次数采用脉搏体积描记法，因此可以测得脉搏次数=60 采样率/ 两波峰间点数。四、 系统硬件电路设计 4.1信号采集电路 图2信号采集是利用红外接收二极管
4、和红外接收管组成的光电传感器完成的。光电脉搏传感器的优点在于血管不受压力，血流均匀，反射光也比较均匀。脉搏信号采集电路图如图 2 所示。 红外接收二极管在红外发射二级管的照射下能产生电能。在设计中采用 PH303型红外接收二极管和 PH302型红外发射二极管，红外接收二极管和 IR333 型红外发射二极管的工作在一定的波长范围内，一般为 940 nm。在实际测量过程中，脉搏测量仪器固定在指间时红外接收和红外发射二极管相对摆放获得最优特性方位。在图 2中, R1过大, 通过红外发射二极管的电流偏小, R1过小, 通过红外发射二极管的电流偏大, 红外接收二极管不能准确地辨别有无脉搏时的信号。基于红
5、外接收二极管感应红外光灵敏度考虑，R1应选择适当。脉搏信号的采集实际上是通过红外接收二极管, 在有脉和无脉时暗电流的微弱变化, 得到的。4.2 信号调理电路4.2.1 低通滤波电路 按人体脉搏最高跳动次数的频率来设计低通滤波器，即截止频率为3.3、3.4Hz。对于低频信号的滤波器设计选用有源滤波器，包括通用型LM324运放、电阻、电容。截止频率按3.3hz设计，取R1=R2=R3=10k，求得C1=17uf，C2=9uf，C3=0.9uf实际电路连接，取接近的电容值。 三极点低通滤波电路按人的脉搏最高为4HZ考虑，低频特性令人满意。4.2.2 二级放大电路 脉搏信号的频率在一定的范围内, 故根
6、据实际情况取高、低通滤波器的截止频率fH、 fL。二级放大器，其目的是把信号放大到适89C51单片机处理的要求,从而不至于波形产生失真，零点漂移也不很明显，以确保滤除干扰信号。 前置放大电路选用AD620仪表放大器，AD620是一款低成本，低噪声，高精度仪表放大器，仅需要一个外部电阻来设置增益，增益范围位1至1000。按照设计要求，增益10和100需要的电阻值是标准的1%金属膜电阻值。AD620（见图5）是传统AD524仪表放大器的第二代产品并且包含一个改进的传统三运放电路。经过激光微调的片内薄膜电阻器R1和R2，允许用户仅使用一苹外部电阻器便可将增益精确设置到100，最大误差在0.3%之内。
7、 其增益公式为 第一级放大电路脉搏信号放大之前，先经过隔直电路。电容选用4.7uf钽电容。中间级增益放大电路选用NE5532双运放高性能低噪声运算放大器。相比较大多数标准运算放大器，如1458，它显示出更好的噪声性能，提高输出驱动能力和相当高的小信号和电源带宽。这使该器件特别适合应用在高品质和专业音响设备，仪器和控制电路和电话通道放大器。中间级放大倍数设置为50倍。 第二级放大电路 经过两级放大后的信号，放大倍数可达上万倍。4.2.3 比较器采用比较器的好处是能有效地克服零点漂移所造成的影响, 提高测量的准确性。比较器将信号转换为单片机可读取的脉冲信号，从而进行脉搏的读取和计数。4.3 单片机
8、模块 由于使用51单片机使得系统的计时、计数和实时显示功能得到方便的实现。单片机系统软件主要包括主程序,数据采集子程序、数字滤波子程序、键盘扫描子程序、脉率计算子程序及RS232通讯子程序。各子程序可单独调试,结构清晰,调用和扩展方便。当光电传感器采集的脉搏后，通AT89S52 单片机电路将所采集的脉搏次数通过液晶显示出来。若测量的次数超过或低于设定的上限值和下限值，那由89C51微处理电路的P2.3送出信号到报警电路，使报警电路发出报警信号。五、 软件部分程序#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit lc
9、d_rs=P10;sbit lcd_wr=P11;sbit lcd_en=P25;sbit lcd_psb=P12;sbit wela=P26;sbit dula=P27;sbit key1=P34;sbit key2=P35;sbit key3=P36;sbit key4=P37;sbit beep=P23;uchar code table=脉搏次数”; *显示部分*void disp1() uint i=0; lcd_zb(1,2); while(tablei!=0) write_date(tablei); i+; lcd_zb(2,0); write_on(number);if(number200)|(number40) beep=beep; *外部中断函数* void EXT0()_interrupt(void)interrupt 0 if(starttest=1) number=1200/count; *定时器中断函数*void Time0IntProc() interrupt 1 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; count+;if(count=200) if(IE0=0)count=0;
