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1、红外线脉搏自动测量仪 摘要现代医学认为心血管疾病己经成为危害人类健康的第一杀手因此寻找更加安全，有效和无创伤的心血管诊疗方法是当前医学界人士迫切的需求。从单片机发出的测量信号经光源驱动电路进行功率放大后，送到指套式光电传感器的红光和红外发射二极管上，使它们发射光脉冲。测量时将人的中指夹在指套里，光脉冲透过手指，通过分析测量部位的血液随脉搏波动引起光吸收的变化推算人体的脉搏。通过对信号放大，消抖，用555接成施密特触发器，整形成方波接入单片机T1口，通过TR0定时，TR1计数对数据处理，把脉搏数据传输给数码管输出。数码显示电路采用动态显示，采用74HC244锁存器作为驱动，用弹片机P2口作为数据
2、输出端，P1口进行位选。文章给出了系统的功能特点、设计原理、硬件电路及软件设计等。该系统在提高精度的同时也大大提高了系统的响应速度;该仪器成本低,可靠性高,操作方便。关键词：红外线；脉搏；单片机I -AbstractThe illness of heart is the first killer to health of human race in the modern medicines. The study of pulse wave, including its quantitative diagnose and propagation is one of the hot topics
3、in the fields of clinical medicine, such as how to detect cardiovascular diseases and make early diagnosis without harm.The signal that is from the microprocessor be blew up by lamp-house circuit sent to the glow and infrared diode of the photoelectric sensor and beamed the ray pulse. Putting the mi
4、ddle finger in the fingertip when the ray pulse permeates the finger and analyzing the signal be absorbed.The pulse is calculated by measuring the variance of light absorption resulted from blood current waving in the measured part of human body .The signal be made blow up and face lifting by TR0 ti
5、ming and TR1 taking count The article gives the systems function, design principle hardware electric circuit and software design etc. It adopts the method of ANGA (Avoiding Noise and Gliding Average) to filter the orderly signal; In the exaltation accuracy it increase the response. The test result e
6、xpress that the steady error is smaller1%.Keywords: pulse test digital filtering;infrared ray;microprocessor目录摘要III第1章绪论31.1概述31.2本课题设计的要求和实现的方案3第章硬件电路设计62.1脉搏自动测量系统总图62.2脉搏信号的数据采集62.3脉搏信号的处理82.489C51单片机红外线脉搏测量系统112.5LED脉搏信号数码显示122.6串行口通信142.7本章小结15第3章系统软件设计163.1总体的软件流程图163.2数码显示173.3定时器/计数器193.4中断2
7、03.5本章小结21第4章脉搏自动测量系统调试224.1脉搏信号采集、处理的调试224.2单片机系统定时器/计数器程序的调试224.3脉搏信号数码显示电路的调试234.4本章小结25结论26致谢27参考文献32第1章绪论1.1概述从80年代单片机引入我国到现在，单片机已广泛的应用于电子设计中，使智能化水平在广度和深度上产生了质的飞跃，而且单片机体积小，功能强，性价比高的特点在智能仪表和工业控制领域获得广泛的应用。数字式脉搏测量系统的特点是以微处理器为核心，利用微处理器的控制、运算功能、具有智能化的特点。数字式脉搏测量电路显示不仅直观，测量精度高，而且便于进行自动控制，所以获得广泛的应用。脉搏是
8、人体活动最重要、最灵敏和最可靠的信源。早在两千年前，我们的祖先就开始用切脉诊治疾病医生在3公分长的手腕部位动脉管段上，用手指作为拾取脉搏信号的传感器，就能断定五脏六腑之疾，诊治内、外、妇、儿之症，这其中必定蕴含着深奥的科学道理有待揭示。随着现代科学技术的发展，数字化、智能化、简单化成为必然趋势。使我们不懂医学的人，也能够及时容易地了解自己的身体状况。现在取脉搏得方式一般都是用压力传感器，依靠脉搏的搏动带来压力变换来检测，来实现测脉搏。日常生活中,智能化电子产品将成为新的潮流趋势。目前市场上所推出的家庭医疗电子产品大多以测量血压为主,智能脉搏测试仪器尚不多见。本文针对市场上的家用医疗设备的需要及
9、目前仪器所存在的缺陷,1.2本课题设计的要求和实现的方案（1）功能要求及性能指标：1）功能要求：测量人体的脉搏数能随时察看数据脉搏过高过低有报警功能2）性能指标：测量范围：18-300次分测量精度：3次测量时间：30S温度要求：常温下正常工作（2）实现方案光电测量利用动脉血的氧饱和度的不同带来透光性的差异来测量脉搏。人体动脉在心脏驱动下的搏动引起全身动脉血曾的扩张收缩和血液流量变化反映在被测位就相应地引起光吸收的变化。通过检测血浓容量波动引起的光吸收量的变化并消除非血液组织的影响测得脉搏信号。通过对采集信号光电转换以及波形处理，对信号进行计数实现脉搏的测量。人体生理物理学理论研究表明：氧合血红
10、蛋白HbO2和还原血红蛋白（HB）对光普的吸收特性截然不同。如图1-1所示图1-1红光和红外光吸收曲线考虑到机体组织对测量精度的影响在选择光波波长时，要求氧合血红蛋白HbO2和还原血红蛋白Hb对该波段的吸光性能相对于非血液组织要强，但不能选择吸光系数太大的波段，那样透射光极弱，很难检测环境光的变化可能会对测量结果造成很大影响。由于氧合血红蛋白Hb02和还原氧合蛋白Hb对600nm以下波长光的吸光系数过大，不适宜权饱和度检测从图1-1看到该光波波长应该在805nm左右，要做到理论上绝对相等是很难实现的。而该点的吸光系数随波长变化幅度比较大，这样当发光管存在个体差异时很不利于调试替换而在90095
11、0nm这个波段，两曲线变化缓 慢且接近重合所以一般将波长选在此波段。光波长选在650nm附近.因为在该段波长处，光对氧合血红蛋白HbO2和还原血红蛋白Hb吸收不数之差最大。本课题选用660nm红光和905nm红外光的两种单色光。1反射式血氧饱和度检测系统是将反射式的传感器贴在人体表面，入射光经过人体组织后，由于组织对光的吸收和散射作用，从与入射光位于同一表面的接收部分收集经过了血管床中的血流调制的反射光信号，经过信号的放大、分离、有源滤波后，削抖。在单片机的控制下通过数码管正确的显示。人体耳廓、指尖、脚趾、额头等处毛细血管丰富，组织比较薄，光容易透过组织吸光影响比较小，通常选择这些地方作为测量
12、部位。光传感器，一般连用采用体积小、光波长单一性较好的发光二极管做光源一般有透射式和反射式两种光传感器。投射式探头选用弹性较好的软橡胶作长夹子形状，光源和光敏元件镶嵌在其中，它能够较稳定地夹在耳廓、脚趾或者指尖部位，并能保持测量部位血液地正常流动反射式深头轻贴在血液较丰富地皮肤表面，如额头等。第章硬件电路设计2.1脉搏自动测量系统总图硬件电路共分四部分：脉搏信号的采集、处理、单片机系统以及数码显示串行通信部分。系统总图如下：图2-脉搏自动测量系统总图2.2脉搏信号的数据采集脉搏信号的采集主要通过红外传感器来实现，红外线传感器主要部分是光源控制和驱动电路。光源控制和驱动电路原理如下图所示。它主要
13、是产生序列脉冲,驱动传感器上的两个波长分别为660nm和905nm的发光二极管（LED）。方波发生器产生频率为572Hz、占空比为1/6的方波A经过二分频后产生信号C，C和C与A共同控制产生信D和E，再由D和E信号通过驱动器控制两个发光二极管LED和LED2按时序发光和熄灭，这里的D和E信号还将在后面的信号。2分离电路中作为模拟开关的控制信号以完成电路对红光和红外光信号的分离。图2-2光源控制和驱动电路信号时序如图2-3所示。这样我们就可以按时序形成红光、红外光、不发光三个工作状态，以便消除背景光的干扰，减少误差，提高测量的准确性。驱动器的作用是为发光二极管提供合适的工作电流，具体电路中由具有
14、电流放大作用的三极管实现；为保证两发光管的光强在同一能级，需注意两个三极管的参数应较为接近。图2-3信号时序2.3脉搏信号的处理脉搏信号的处理包括信号的放大、低通滤波、高通滤波、方波整形等部分。2.3.1脉搏信号的放大透过动脉血管床的混合光信号经过传感器的接收器件光敏二极管后转换为电信号，该信号包括红光、红外光和暗光信号。由于该信号比较微弱，我们先用一个预放大电路将信号放大。该放大电路是具有较高抑制共模干扰能力的测量放大器，它因具有高输入阻抗、低失调电压、稳定放大倍数和低输出阻抗等优点，而被广泛应用于生物医学测量以及那些提供微弱信号而共模干扰较大的场合。3为了消除外界环境光的干扰影响，采用了同
15、步检波的正负极性切换电路将暗光信号从有用信号中减去，它由一个运放和模拟开关4066组成，如图2.5所示。其原理是：模拟开关受A控制，当A0时开关断开，运放的同相输入端为高阻抗输入，输入信号未经衰减而输入，受运放控制，使其反相输入端电位为正电位，其输入和输出电位相同,R上没有电流流过，相当于一个同相缓冲器，输出的信号和输入信号相同。当A1时开关导通，运放此时作为反向放大器工作，增益为-1，输入和输出信号反向。经过同步检波的正/负极性切换电路后暗光信号转换为负信号，而有用信号为正，再通过后面电路的积分作用使两信号极性相反的成分相减，从而从有用的复合信号中除去暗光信号。经过同步检波的正负极性切换电路后，运用传感器控制部分产生的信号D和E控制模拟开关4066闭合和断开，使信号分成红光和红外光两路，然后我们分别对这两路信号进行低通滤波和高通滤波。图2-4信号放大图2-5同步检波2.3.2低通滤
