《微机式医学仪器设计》课程论文
基于单片机的心率监控系统设计
班级学号：
姓名：
生物医学工程
2013年12月
摘要
心率是指单位时间内心脏跳动的次数,一般指每分钟的心跳次数,是临床常规检查的生理指标。心率监测系统在我们的日常生活中已经得到了非常广泛的应用。在医学上，通过测量人的心率，便可初步判断人的健康状况。本课题设计完成了一个基于51单片机的心率监测系统。系统以AT89C51单片机为核心，以红外发光二极管和光敏三极管为传感器，利用单片机系统内部定时器来计算时间，由光敏三极管感应心跳脉冲，单片机通过脉冲累加得到心脏跳动次数，在数码管上显示心跳次数和时间。系统实现了心率的实时监测与显示、定时测量以及报警提醒等功能。实验结果表明，系统工作正常，测量灵敏度高，实现了设计功能。
关键词：心率监测；A T89C51单片机；光电传感器
Abstract
Heart rate generally refers to the number of heart beats per minute. It is one of the physiological indexes in clinical routine examination. The heart rate monitoring system has been widely used in our daily life. In medicine, it can preliminarily determine the health status by measuring heart rate. This paperproposesa new system based on a single-chip microcomputer and two sensors ofan infrared light emitting diode and a photo transistor. The sensorsdetect heart beating and the single-chip microcomputer gets the frequency by accumulating the times of heart beating. The time is obtained by the inner timer of the single-chip microcomputer. This system can not only display the heart rate, the test time online, but alsogive alarming as a reminding when the heart rate is not normal. The test result shows that the system works well with high sensitivity and short delay. It has realized the functions of design.
Keywords:Hearting rate monitoring；AT89C51 single-chip microcomputer；Photoelectric sensor
目录
摘要....................................................................................................................................................... I Abstract .............................................................................................................................................. II 第一章概述 (1)
1.1选题背景和意义 (1)
1.2心率监测系统的发展与应用 (1)
第二章心率监测系统工作原理 (2)
第三章硬件系统设计 (2)
3.1光电传感器结构 (2)
3.2 信号取样电路 (3)
3.3信号放大电路 (4)
3.4 低通放大电路 (4)
3.5单片机控制电路 (6)
3.6 LED显示电路 (6)
3.7 报警电路 (7)
3.8硬件系统原理 (7)
第四章软件系统设计 (8)
4.1 主程序流程 (8)
4.2 中断程序流程 (9)
4.3 显示程序流程 (10)
第五章系统测试结果 (10)
5.1 硬件调试 (10)
5.2 系统测试 (11)
5.3 误差分析 (11)
总结与展望 (12)
参考文献 (13)
附录 (14)
第一章概述
1.1选题背景和意义
心率(Heart Rate)是用来描述心跳周期的专业术语，是指心脏每分钟跳动的次数, 它不仅是反映心脏功能强弱的重要标志，也是反映人体运动强度的生理指标。
心率携带有丰富的人体健康状况信息。进入21世纪以来，科技不断的发展，电子产品越来越多，系统的价格越来越便宜；产品的科技含量比例也越来越大，性能越来越可靠。人们日常的生产、生活都在慢慢走向高度自动化和智能化。
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跳数，方法是用听诊器放在胸口处，根据心脏的跳动进行计数。为了节省时间，一般不会作1分钟的测量，通常是测量10秒内的心跳数，再把结果乘以6得到每分钟的心跳数，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性与速度，多种心率监测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。
随着国民经济的不断发展，人们生活水平不断提高，健康已成了人们关注的焦点和追求的目标。目前心率监测仪在多个领域被广泛应用，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监控仪。
1.2心率监测系统的发展与应用
随着科学技术的发展，心率监测技术也越来越先进，对心率的测量精度也越来越高，国内外先后研制了不同类型的心率监测系统，其关键在于对心率传感器的研究。起初用于体育测量的心率测试仪主要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。过去在医院临床监护和中老年保健中出现的日常监护仪器，如便携式电子血压计，可以完成心率的测量，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、加减压过程造成不适、心率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传感器，这类传感器的重要特征是测量探测部分不侵入机体，不会造成机体创伤，能够自动消除系统误差，测量精度高，通常在体表间接测量人体的生理和生化参数。
人体心室周期性的收缩和舒张引起主动脉的收缩和舒张，是血压以波的形式从主动脉根部开始沿着整个动脉系统传播，这种波成为心率波。从心率波中提取人体的病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历来都受到了中外医学界的重视。心率波所呈现出的形态(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病理的血流特征，因此对心率波采集和处理具有很高的医学价值和应用前景。但人体的生物信号多属于强噪声背景下的低频弱信号，心率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滤波以满足采集的要求。
第二章心率监测系统工作原理
本设计采用单片机AT89C51为控制核心，实现心率监测系统的基本测量功能。该系统的硬件框图如下图所示：
当手指放在红外发射二极管和接收三极管中间，随着心脏的跳动，血管中血液的流量将发生变换。由于手指放在光的传递路径中，血管中血液饱和度的变化会引起光的强度发生变化，因此和心跳的节拍相对应，红外接收三极管的电流也跟着改变，这就使红外接收三极管输出脉冲信号。该信号经放大、滤波、整形后输出，输出的脉冲信号作为单片机外部中断信号。单片机电路对输入的脉冲信号进行计算处理之后把结果送到数码管显示。
第三章硬件系统设计
3.1光电传感器结构
传感器由红外发光二级管和接收三极管组成。采用GaAs红外发光二极管作为光源时，可基本抑制由呼吸运动造成的心率波曲线的漂移。红外接收三极管在红外光照射下能产生电能，它的特性是将光信号转换为电信号。在本设计中，红外
接收三极管和红外发射二极管相对摆放以获得最佳的指向特性。
从光源发出的光除了被手指组织吸收以外，一部分由血液漫反射返回，其余部分透射出来。光电式心率传感器[8]按照光的接收方式可分为透射式和反射式两种。其中透射式的发射光源与光敏接收器件的距离相等并且对称布置，这种方法可较好地反映出心律的时间关系。因此本系统采用了指套式的透射型光电传感器, 实现了光电隔离,减少了对后级模拟电路的干扰。结构如图3.2所示。
图3.1透射式光电传感器
3.2信号取样电路
硬件电路中，关键部分在于心率信号的检测。系统采用红色发光二极管和硫化镉光敏电阻组成透射遮光指套式光电传感器。红色发光二极管稳定性好，遮光指套式的装置减少了外界光的干扰，只需将待测手指插入，便可进行测量．测试时，被测手指正好处在发光二极管和光敏电阻之间，这样一来，光敏电阻的阻值便将随着手指的血容量的变化而变化。
心率信号取样电路如图3.2所示，U4是红外发射和接收装置，由于红外发射二极管中的电流越大，发射角度越小，产生的发射强度就越大，所以对R17阻值的选取要求较高。R17选择270Ω同时也是基于红外接收三极管感应红外光灵敏度考虑的。R17过大，通过红外发射二极管的电流偏小，红外接收三极管无法区别有心跳和无心跳时的信号。反之，R17过小，通过的电流偏大，红外接收三极管也不能准确地辨别有心跳和无心跳时的信号。
硬件系统是通过检测指尖来采取脉搏信号，从而得到心率信号。当手指离开传感器或检测到较强的干扰光线时，输入端的直流电压会出现很大变化，为了使它不致泄露到U3A输入端而造成错误指示，用C8、C10串联组成的双极性耦合电容把它隔断。
图3.2信号采集电路
3.3信号放大电路
LM324 是四运放集成电路，它采用14 脚双列直插塑料封装.它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。
每一组运算放大器可用图3.3所示符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-(-)为反相输入端，表示运放输出端Vo 的信号与该输入端的相位相反；Vi+(+)为同相输入端，表示运放输出端Vo 的信号与该输入端的相位相同。LM324 的引脚排列见图3.4。
图3.3 运算放大器图3.4引脚排列
由于LM324 四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，价格低廉等优点，被广泛应用在各种电路中。
3.4低通放大电路
由于通过光电传感器接收到的信号极其微弱，容易被其外围电路所干扰，因此系统必须为信号处理电路提供电源。检测到的信号经过LM324放大器放大后仍存在较大的偏置电压，因此必须在信号输入端加滤波电容，将电路中的直流成份滤掉并保证不影响交流信号的传递。
该系统按人体心率在运动后跳动次数达200次/分钟的计算来设计低通放大器，如图3.5所示。R24、C6组成低通滤波器以进一步滤除残留的干扰，截止频率由
R24、C6决定，运放U3A将信号放大，放大倍数由R22和R24的比值决定。经过低通放大后输出的信号是叠加有噪声的脉动正弦波。
图3.5 信号低通放大电路
根据一阶有源滤波电路的传递函数，可得：
c
i
w s A s V s V s A +==
1)()
()(00(3.1)
放大倍数为：
()
(3.2) 截止频率为：
按人体心率跳动为200次/分钟时的频率是3.3 Hz 考虑，低频特性是令人满意的。经过低通放大后输出的信号是叠加有噪声的脉动正弦波。波形如图3.6所示。
图3.6脉动正弦波
3.5单片机控制电路
本设计采用单片机最小系统作为信号的处理电路，如图3.7所示，来自取样和整形输出电路的脉冲电平输入单片机AT89C51的/INTO脚，单片机设为负跳变中断触发模式，每次脉冲下降沿到达时触发单片机产生中断并进行计时，来一个脉冲心跳次数就加一；定时器中断主要完成一分钟的定时功能。
图3.7单片机处理电路
3.6 LED显示电路
本设计采用LED数码管动态扫描来显示数据。两个4位的共阳极LED数码管组成8位显示，其中0、1两位显示测量中的时间，3、4两位显示测量中的心跳次数，6、7两位用来显示上次测量的数据，如图3.8所示。单片机P0口控制显示字型，P2口控制显示字位。
图3.8单片机处理电路
3.7报警电路
报警电路部分如图3.9所示，它使用的是一个蜂鸣器，其一端接P1.1，另外一端接地。当P1.1为高电平是就发出嘟的声音，为报警提示音。在系统初始化完成时会“嘟、嘟、嘟”连响三声，系统正常运行后在出现生理参数超出正常阈值时，报警电路会嘟嘟嘟的报警到生理参数回到正常阈值内或重启监测仪才会解除报警。
图3.9报警电路
3.8硬件系统原理
该硬件系统由信号取样，信号放大，波形整流，数码管显示以及报警等以上所述几部分电路组成，心率信号通过取样电路的传感器检测，经过信号放大，滤波，整流后，由单片机内部进行处理，最后将检测到的信号通过显示电路显示出来，其硬件原理图如图3.10所示。
图3.10 电路原理图
第四章软件系统设计
4.1主程序流程
系统主程序控制单片机系统按预定的操作方式运行, 它是单片机系统程序的框架。系统上电后，对系统进行初始化。初始化程序主要完成对单片机内专用寄存器、定时器工作方式及各端口的工作状态的设定。系统初始化之后，进行定时器中断、外部中断、显示数据等工作，不同的外部硬件控制不同的子程序。流程如图4.1所示。
图4.1主程序流程图
4.2中断程序流程
定时器中断服务程序由一分钟计时、有无测试信号判断等部分组成。当定时器中断开始执行后，对一分钟开始计时，到60s到了再停止并保存测得的心跳次数。同时可以对按键进行检测，只要复位测试值就可以重新开始测试。主要完成一分钟的定时功能和保存测得的心跳次数。外部中断服务程序完成对外部信号的测量和计算。外部中断采用边沿触发的方式，当处于测量状态的时候，来一个脉冲心跳次数就加一，由单片机内部定时器控制一分钟，累加得出一分钟内的心跳次数。流程如图4.2所示。
图4.2中断程序流程图
4.3显示程序流程
显示程序包括显示上次的心跳次数、本次测量中的时间和心跳次数。从中断程序中取得结果后，先显示上次的心跳次数，经过10ms的延时后再显示测试中的心跳次数，再经过10ms的延时显示测试中的时间。流程如图4.3所示。
图4.3显示程序流程图
第五章系统测试结果
5.1硬件调试
根据系统设计方案，本系统调试分为两大部分：模拟部分和MCU部分。系统设计采用模块化设计，方便各电路功能模块的逐级测试。断开两部分连接点，先调试MCU部分，试着输入一系列脉冲，观察MCU部分能是否能显示；模拟部分用不透明的笔在红外发射二极管和接收三级管之间摇摆，用示波器观察波形效果如何。单片机软件先在最小系统板上调试，确保工作正常之后，再与硬件系统联调。最后将各模块组合后进行整体测试，使系统的功能得以实现。
调试过程中的问题及解决办法：(1)传感器输出的正弦波幅度很小，经整形输出后检测到的脉冲还是很弱，在确定电路没有问题的情况下，加强信号的放大倍数，调整电阻R22和R24的阻值。(2)测量显示正常但经适当运动后测量，心跳次数没有增加，经检查是前置放大级有问题，更换之后系统运行正常。(3)进人测量状态后，测量值不稳定，主要是光电传感器受到手机等电磁波干扰，其次是指尖汗液影响测量，将手机关机且测量前擦干指尖汗液即可。
5.2系统测试
表5.1 测量结果
5.3误差分析
根据均方差公式对以上表格数据进行计算得：
2
(1)
()n S sqr n n X X ????
=??-????
-=0.28 (5.1) 误差分析结果，均方差越小，结果就越接近平均值，该处平均值即为实际测
量的标准值。
由于冬季和夏季的心率值不同，本实验的数据使用夏季测量的值。实验结果产生的误差主要来自硬件方面，实验室的背景光、电磁波等以及手指汗液都会影响传感器的信号采集，最终导致测量数据的偏差。由于传感器和其他器件本身并非理想线性，因此实测数据进行了线性补偿，使得误差值能保持在合理范围内。 经校准，非线性补偿后，误差在合理范围内。
总结与展望
随着现代经济的快速发展，人们对健康的重视程度越来越高，对健康监护产品的需求量也稳步提升，心率监测系统已从危重病人监护，发展到如今普通病房的监护，其应用范围越来越广泛，市场对心率监测系统的需求也越来越大，具有很大的发展前景。
本次所设计的监测系统实现简单、功能稳定、使用方便，应用广泛，具有实际意义。由于时间比较短，同时本人掌握的知识有限，本次设计还存在很多不足，如程序不够简练，电路板不够美观，光电传感器灵敏度不够高，数码管显示部分不够完美等，同时此次设计的测量仪功能比较单一，没有如语音系统实现自动读出心跳次数等人性化功能，且在设计过程中使用的运放数量也较多，加大了电源管理的复杂度。但我相信科技的进步势必会使监测仪的功能日益强大和完善，应用领域会不断扩大，会给我们的生活带来更多的方便和精彩。
为了更好的进行心率监测系统的设计，在近一个学期的时间里，认真收集有关资料，并做相关的整理和阅读，为这次的设计做好充分的准备。经过此次毕设，我受益良多：(1)无论做什么事都应该事先做好充分的准备，不应该为了完成任务而被动盲目的学习；(2)了解了心率监测系统在国内外发展之迅速、应用领域之广、市场前景之大；(3)对硬件设计和各模块的功能有了更深的了解，同时提高了动手能力；(4)体会到坚持不懈的毅力对完成一件事情起着巨大的作用；(5)体会到团队合作精神的重要性及相互讨论过程中的乐趣。
参考文献
[1]欧阳俊，谢定．基于BL-410的指端脉搏波采集系统应用研究[J]．实用预防医学报，2004，第11卷，第2期，2-4．
[2] 程咏梅，夏雅琴，尚岚．人体脉搏波信号检测系统[J]．北京生物医学工程报，2006，第25卷，第5期，1-3．
[3]郁道银，谈恒英．工程光学[M]．北京：机械工业出版社，1998．
[4] 何忠蛟. 基于单片机控制的心率计[J]．邵阳学院院报，2008，第5卷，第2期，28-29．
[5]Yunus ACengel，JohnMCimbala．Electronic Fundamentals and Applications[M]．America：McGraw-Hill Science，2004．
[6] Koenig L J．Accelerated C++Practical Programming by Example[M]．America：Addison Wesley，2000．
附录
参考程序
心率监控智能系统的信号采集、处理、显示的程序
#include
#define uint8 unsigned char
#define uint16 unsigned int
#define TIMER0_HIGHT 0xDC //设置定时器0工作方式1自动装载初值，定时10ms，Fosc=11.059200MHZ
#define TIMER0_LOW 0x00
sbitkeyin = P3^1; //按键输入
bit starttest; //启动测心率标志
uint16 cnt10ms; //10ms计数器
uint8 cnt1s; //1秒计数器
uint8 Pulsecnt; //心跳次数，计数器
uint8 Pulsenum; //上次测试的心跳次数
uint8 codeDispCode[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};//共阳数码管段码表
voidInit_Extint(void);
voidTimerInitProc();
voidinitvar();
voidInit_System(void);
void Display(uint8 chose_dat, uint8 dat);
voidShowDisp(uint8 tPulsenum, uint8 tPulsecnt, uint8 tcnt1s);
voidDelayMs(uint8 Ms);
void main()
{
Init_System(); //初始化
while(1)
{
ShowDisp(Pulsenum, Pulsecnt, cnt1s); //显示
}
}
/******************************************************************** ***********
* 函数名: Exti0_interrupt
* 函数功能: /INT0引脚下降沿进入中断
* 入口参数: 无
* 返回: 无
********************************************************************* **********/
void Ext0_interrupt(void) interrupt 0
{
if(starttest == 1) //处在测试状态
{
Pulsecnt++; //来一次中断心跳计数器加1
}
}
/******************************************************************** 函数功能：定时器/计数器0中断处理
入口参数：null
返回：null
备注：null
********************************************************************/ void Timer0IntProc() interrupt 1
{
TH0 = TIMER0_HIGHT; //设置定时器0高字节初值
TL0 = TIMER0_LOW; //设置定时器0低字节初值
if(++cnt10ms == 100) //1s计时到
{
cnt10ms = 0;
if(starttest == 1) //处在测试状态
{
if(++cnt1s == 60) //一分钟时间到
{
starttest = 0; //一次检测完毕,等待下一次检测
Pulsenum = Pulsecnt; //保存测得心跳值
}
}
}
if(keyin == 0) //检测按键
{
if(starttest == 1) //处在测试状态
{
cnt10ms = 0; //复位测试值,重新开始测试
cnt1s = 0;
Pulsecnt = 0;
}
else //不在测试状态，开始新的一次测试
{
starttest = 1;
cnt10ms = 0;
}
}
}
/////////////////////////End of Timer0IntProc////////////////////////
voidInit_Extint(void)
{
IT0 = 1; //外部中断1设置为下降沿触发
IE0 = 0; //标志位清0
EX0 = 1; //允许外部中断1
}
/******************************************************************** 函数功能：定时器/计数器初始化
入口参数：null
返回：null
备注：null
********************************************************************/ voidTimerInitProc()
{
TMOD &= 0xF0;
TMOD |= 0x01; //设置定时器0，方式1:16位定时器
TH0 = TIMER0_HIGHT; //设置定时器0高字节初值
TL0 = TIMER0_LOW; //设置定时器0低字节初值
TR0 = 1; //启动定时器0
ET0 = 1; //开定时器0中断
EA = 1; //开总中断
}
/////////////////////////End of TimerInitProc////////////////////////
voidinitvar()
{
starttest = 0;
cnt10ms = 0;
cnt1s = 0;
Pulsecnt = 0;
Pulsenum = 0;
}
voidInit_System(void)
{
Init_Extint();
TimerInitProc();
initvar();
}
/******************************************************************** **********
* 函数名：Display(ucharchose_dat,uchardat)
* 函数功能：数码管显示
* 入口参数：chose_dat数码管显示字位，dat显示字型
* 返回：无
*********************************************************************
目录 摘要 (3) 英文摘要 (3) 1 引言 (4) 1.1 心率计的研究背景和意义 (4) 1.2 心率计的研究现状及发展动态 (4) 2 方案论证及元器件选择 (5) 2.1 研究内容及设计指标 (5) 2.2 方案设计与论证 (5) 2.2.1 传感器的选择与论证 (5) 2.2.2 信号处理方案选择和论证 (7) 2.2.3 单片机系统选择和论证 (8) 2.2.4 显示模块选择和论证 (9) 2.3元器件选择及其功能介绍 (9) 2.3.1单片机AT89S52 (9) 2.3.2红外传感器 (11) 2.3.3双运算放大器LM358N (11) 2.3.4 LCD12864 (12) 3 硬件系统设计 (13) 3.1 系统设计框图 (13) 3.2 信号采集电路 (14) 3.3 信号放大电路 (15) 3.3.1一级信号放大电路 (15) 3.3.2 电源模块设计 (16) 3.4 信号比较电路 (17) 3.5 LCD显示电路 (18) 3.6 记忆电路 (18) 3.7 键盘电路 (19) 4 软件设计 (19) 4.1 测量计算原理 (20) 4.2 主程序流程图 (20)
4.3 中断程序流程图 (21) 4.4 定时器T0，T1的中断服务程序 (21) 5 系统测试与结果分析 (22) 5.1 测试方法和仪器 (22) 5.2 仿真与焊接阶段 (23) 5.2.1 仿真阶段 (23) 5.2.2 焊接与完成阶段 (23) 5.3 测试数据与结果分析 (25) 5.3.1测量结果与分析 (25) 5.3.2几种主要系统干扰和影响 (27) 结束语 (28) 参考文献 (29) 附录一：心率计电路图 附录二：部分程序
摘要 接口实验报告 题目：脉搏波体温自动采集系统院（系）：电子工程与自动化学院 专业：仪器仪表工程 学生姓名： 学号： 指导老师：李智 职称：教授 20 年8月28日 I
摘要 本文介绍了一种基于51单片机的心率体温采集系统。首先介绍了51系列单片机的内部相关配置、工作原理以及编程方法，其次介绍了温度传感器PT100的相关测温方法以及通过红外光电传感器TCRT5000对射的方法来抓取人体脉搏信号。此次设计的电路部分主要包括：传感测量电路、放大电路、滤波整形电路、AD转换电路、控制电路、电源供电电路等。上位机为通过VC编程界面。通过上位机按键控制，将PT100及TCRT5000输入的微弱信号进行放大整形，最后AD采集转换传送给单片机，在上位机界面上显示相关体温及心率信息。 本次硬件设计基于比较稳定可行、低成本的设计思想，软件设计采用模块化的设计方法，并且详细分析了红外传感器TCRT5000应用于心率测量上以及PT100应用于温度测量上的原理及优点，阐述了其他各配合电路的组成与工作特点，并且通过仿真进行电路的可行性验证，最后完成实物电路的设计，使得本次课题的预期结果得以实现。 关键词：51单片机；传感器；仿真；AD转换
Abstract Abstract This paper introduced a heart rate and body temperature acquisition system that based on 51 single chip microcomputer. First the internal configurations of 51 single chip microcomputer are introduced. And the paper also tell how 51 single chip microcomputer works and how can we program on it. Then the method of using temperature sensor PT100 to get body temperature is introduced, and we use infrared photoelectric sensor TCRT5000 to get the pulse signal of human body.The design of the circuit mainly comprises sensing circuit, amplifying circuit, filtering and shaping circuit, AD converting circuit, counting and displaying circuit, controlling circuit, power supplying circuit and so on. When the keyboard is pressed, the system starts to get signal. The small signal from PT100 and TCRT5000 will be amplified and shaped. Then ad converter will change the analog signal into digital signal and send to 51 single chip microcomputer. At last LCD1602 will display the information of body temperature and heart rate. Keywords: Piezoelectric sensors；control circuit；counters；Multisim2001 simulation software control circuit. III
本科毕业设计 （ 论文） 开题报告 题目： 基于单片机的脉搏测量仪 的设计 课 题 类 型：设计丁实验研究□论文口 学 生 姓 名： 学 号： 专 业 班 级： 学 院： 信息工程学院 指 导 教 师： 开 题 时 间 年月日 开题报告内容与要求 一、毕业设计（论文）内容及研究意义（价值） 随着科技发展的不断提高， 生命科学和信息科学的结合越来越紧密， 出现了各种新 颖 的脉搏测量仪器，特别是电子脉搏仪的出现，使脉搏测量变得非常方便。 脉诊在我 国已具有
2600 多年临床实践，是我国传统中医的精髓，但祖国传统医学采用“望、闻、问、切”的手段进行病情诊断，受人为的影响因素较大，测量精度不高。科技的创新，脉搏测试不再局限于传统的人工测试法或听诊器测试法，脉搏测量可利用电子仪器测量出精度更就的数据。人体脉搏信号中包含丰富的生理信息，也逐渐引起了临床医生的很大兴趣，达到了方便、快捷、准确的测量脉搏的目的。随着电子测量技术的迅速发展，现代电子测量仪器以极快的速度向数字化、自动化的方向发展。制成的脉搏测量仪器性能良好，结构简单，有较好的应用和推广价值。 脉搏测量仪的设计，必须是通过采集人体脉搏变化引起的一些生物信号，然后把生物信号转化为物理信号，使得这些变化的物理信号能够表达人体的脉搏变化，最后要得出每分钟的脉搏次数，就需要通过相应的硬件电路及芯片来处理物理变化并存储脉搏次数。在硬件设计中一般的物理信号就是电压变化。本系统的组成包括传感器、信号处理、单片机电路、显示电路、键盘输入等部分。 二、毕业设计（论文）研究现状和发展趋势（文献综述） 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，脉搏测试不再局限于传统的人工测试法或听诊器测试法，脉搏测量可利用电子仪器测量出精度更就的数据。人体脉搏信号中包含丰富的生理信息，也逐渐引起了临床医生的很大兴趣，达到了方便、快捷、准确在测量脉搏的目的。随着电子测量技术的迅速发展，现代电子测量仪器以极快的速度向数字化、自动化的方向发展。制成的脉搏测量仪器性能良好，结构简单，有较好的应用和推广价值。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。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,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。 脉搏测量仪的发展主要向以下几个趋势发展： （1）自动测量脉搏并且对所得到的脉搏进行自动分析。目前很多脉搏测量仪都具有检测
基于51单片机的脉搏测量仪 摘要：脉搏心率测量仪在我们的日常生活中已经得到了非常广泛的应用。为了提高脉搏心率测量仪的简便性和精确度，本课题设计了一种基于51单片机的脉搏心率测量仪。系统以STC89C51单片机为核心，以红外反射式传感器ST188为检测原件，并利用单片机系统部定时器来计算时间，由红外反射式传感器 ST188感应产生脉冲，单片机通过对脉冲累加得到脉搏心率跳动次数，时间由定时器定时而得。系统运行中能显示脉搏心率次数和时间，系统停止运行时，能够显示总的脉搏心率次数和时间。经测试，系统工作正常，达到设计要求。 关键词：脉搏心率测量仪；STC89C51单片机；红外反射式传感器 一脉搏心率测量仪系统结构 脉搏心率测量仪的设计，必须是通过采集人体脉搏心率变化引起的一些生物信号，然后把生物信号转化为物理信号，使得这些变化的物理信号能够表达人体的脉搏心率变化，最后要得出每分钟的脉搏心率次数，就需要通过相应的硬件电路及芯片来处理物理变化并存储脉搏心率次数。在硬件设计中一般的物理信号就是电压变化。 1.1 光电脉搏心率测量仪的结构 光电脉搏心率测量仪是利用光电传感器作为变换原件，把采集到的用于检测脉搏心率跳动的红外光转换成电信号，用电子仪表进行测量和显示的装置。本系统的组成包括光电传感器、信号处理、单片机电路、数码管显示电路、电源等部
分。 1．光电传感器 即将非电量(红外光)转换成电量的转换元件，它由红外发射二极管和红外接收三极管组成，它可以将接收到的红外光按一定的函数关系(通常是线性关系)转换成便于测量的物理量(如电压、电流或频率等)输出。 2．信号处理 即处理光电传感器采集到的低频信号的模拟电路(包括放大、滤波、整形等)。 3. 单片机电路 即利用单片机自身的定时中断计数功能对输入的脉冲电平进行运算得出心率（包括STC89C51、外部晶振、外部中断等）。 4．数码管显示电路 即把单片机计算得出的结果用四位一体数码管显示出来。 5. 电源 即向光电传感器、信号处理、单片机提供的电源，采用直流5V电源供电。 1.2工作原理 本设计采用单片机STC89C51为控制核心，实现脉搏心率测量仪的基本测量功能。脉搏心率测量仪硬件框图如下图2.1 所示：
选题的目的和意义： 在中医四诊(望、闻、问、切)中，脉诊具有非常重要的位置。它是我国传统医学中最具特色的一项诊断方法，历史悠久，内容丰富，是中医“整体观念”、“辨证论证”基本精神的体现与应用。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跳数，方法是用听诊器放在胸口处，根据心脏的跳动进行计数。为了节省时间，一般不会作1分钟的测量，通常是测量10秒内的心跳数，再把结果乘以6得到每分钟的心跳数，这样做还是比较费时，而且精度也不高。为了更方便以及更精确地反应出心率地正常与否，人类发明出了脉搏计。大大的翻遍了人类对于心脏类疾病的预防和治疗。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。 国内外对本课题涉及问题的研究现状： 脉搏测量仪日常生活中已经得到了非常广泛的应用。早在1860年Vierordt 创建了第一台杠杆式脉搏描记仪，五十年代末，有人研制出以酒石酸钾钠压电晶片为换能器的脉搏描在我们的记器，将中医寸、关、尺的脉搏，通过换能器转换为电能加以放大描记，初步确定了中医弦脉、滑脉、平脉等的特征图形，1959年，进行高血压弦脉及其机制的研究。 六十年代初研制的“20型三线脉象仪”，首次实现了寸、关、尺三部切脉国内20世纪50年代初朱颜将脉搏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，国内外在研制中医脉象仪方面进展很快，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、液态水等多种形式。目前脉搏测量仪在多个领域被广泛应用，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脉搏测量仪。压力的任意调节和客观定量测定，以及与指感基本一致的压力脉象波型的描记。该仪器在临床试用取得大量的实验数据。之后，全国各地陆续研制出各种不同换能器（如半导体硅应变片换能器，电感式压力换能器，电阻抗式换能器）的脉象仪，不断提高换能器的灵敏度，精确度，并改进探头的造型。近年来有些单位还将声像图仪、频谱分析应用于中医脉象研究。七十年代初，中国医学科学院分院利用电子学的新进展，研制出性能较好的脉搏图机，所描记的脉搏图能反映出十余种脉象。为用脉搏图形识别这些脉搏打下了初步基础。七十年代末北京中医学院采用测量脉搏图参数，进行系统分析，来描述弦、滑、细、平等脉象的脉搏图特征，从定性推进到定量。八十年代初魏韧提出多因素脉图识别法，将切脉时医师的应指感觉分解为八种成分，其不同组合构成各种脉象。还研制出MTY-A型脉图仪，在传统的波形图外尚可描记各种取脉压力下的脉搏幅度趋势图及脉管粗细图，认为可综合上述八种指感成分，因而能反映出所有各种脉象。几乎世界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
目录 1.引言 (2) 2.系统基本方案 (2) 2.1.系统总结构 (3) 2.2.各个部分电路的方案选择及分析 (3) 2.2.1.脉搏传感器部分 (3) 2.2.2.单片机选择 (3) 2.2.3.显示部分 (4) 2.3.系统各模块的最终方案 (4) 3.系统硬件设计 (5) 3.1.单片机处理电路 (5) 3.1.1.STC89C51系列单片机的主要性能特点： (5) 3.1.2 .C51系列单片机的基本组成： (6) 3.2.复位电路 (9) 3.2.1.单片机复位电路 (9) 3.3.振荡电路 (10) 3.4.脉搏传感器部分 (10) 3.4.1.HK-2000A 集成化脉搏传感器 (10) 3.4.2.脉搏传感器接收电路 (12) 3.4.3 .电源电路 (12) 3.5显示报警部分 (13) 3.5.1.数码管显示电路 (13) 4.系统软件设计 (14) 4.1 主程序流程的设计 (14) 4.2 定时器/计数器中断程序流程的设计 (15) 4.3 显示程序流程的设计 (16) 5.总结 (18) 参考文献 (19)
1.引言 心率是最为常见的临床检查与生理研究的生理现象,且包含两个人类生命的重要信息，那就是血管和心脏的生理状态。人体各器官的健康状况、疾病等信息将以某种方式出现在脉冲的脉冲条件。许多有诊断价值的信息，比如有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息，我们可以通过对脉搏波检测脉冲图包含大量的诊断价值信息,也可以用来预测一些身体器官结构和功能的转变趋势, 通过对脉搏的检测可以对如高血压和糖尿病等引起的血管病变进行评估。同时脉搏测量还为血压测量，血流测量及其他某些生理检测技术提供了一种生理参考信号[1]。 在医院临床护理和日常的中老年保健中,脉搏是一个基本的生活指数,因此脉搏测量是最常见的生活特征提取。近年来在日常监护测仪器,如便携式电子血压计,可以完成脉冲测量。但是这种便携式电子血压计利用微型气泵压力橡胶气球,每次测量都需要一个压缩和解压缩的过程,有体积庞大、脉搏检测的精确度低、加减压过程会有不适等等的不足。 人类心室周期性的收缩和舒张，导致主动脉收缩压和舒张压，使血流压力可以能够以波的形式从主动脉根部，就开始沿着人体整个动脉系统流动，这种波称为脉搏波。脉搏波所呈现出的不同强度、各种形态、速率不一和跳动节律等方面的综合信息,在很大程度上反映出人体心血管系统血液流动在许多生理和病理特点。 本设计使用系统使用HK - 2000集成传感器转换电压脉冲信号,脉冲信号调节使用后AT89S51单片机对信号采集和处理,在很短的时间内,测量人体每分钟的脉搏数,和心率实时显示,便于携带。达到的目的, 快速、方便、准确地测量心率。脉搏测量系统性能好,结构简单,性价比高,稳定的输出显示,更适应流行,适合家庭每天自我反省和医院护士的临床记录。 2.系统基本方案 心率检测系统的设计，一定要通过收集脉搏的跳动变化反映出人体的生物的信号，然后生物信号转变成物理的信号，能使物理信号表达人体的心率变化，最后要的出每分钟的心跳频率，就一定需要相应的硬件电路及芯片来处理物理变化
摘要 本文介绍了一种基于51单片机的心率体温采集系统。首先介绍了51系列单片机的内部相关配置、工作原理以及编程方法，其次介绍了温度传感器PT100的相关测温方法以及通过红外光电传感器TCRT5000对射的方法来抓取人体脉搏信号。此次设计的电路部分主要包括：传感测量电路、放大电路、滤波整形电路、AD转换电路、计数显示电路、控制电路、电源供电电路等。通过按键开始测试，将PT100及TCRT5000输入的微弱信号进行放大整形，最后AD采集转换传送给单片机，在LCD1602上显示相关体温及心率信息。 本次硬件设计基于比较稳定可行、低成本的设计思想，软件设计采用模块化的设计方法，并且详细分析了红外传感器TCRT5000应用于心率测量上以及PT100应用于温度测量上的原理及优点，阐述了其他各配合电路的组成与工作特点，并且通过仿真进行电路的可行性验证，最后完成实物电路的设计，使得本次课题的预期结果得以实现。 关键词：51单片机；传感器；仿真；AD转换 -I
Abstract This paper introduced a heart rate and body temperature acquisition system that based on 51 single chip microcomputer. First the internal configurations of 51 single chip microcomputer are introduced. And the paper also tell how 51 single chip microcomputer works and how can we program on it. Then the method of using temperature sensor PT100 to get body temperature is introduced, and we use infrared photoelectric sensor TCRT5000 to get the pulse signal of human body.The design of the circuit mainly comprises sensing circuit , amplifying circuit, filtering and shaping circuit, AD converting circuit, counting and displaying circuit, controlling circuit, power supplying circuit and so on. When the keyboard is pressed, the system starts to get signal. The small signal from PT100 and TCRT5000 will be amplified and shaped. Then ad converter will change the analog signal into digital signal and send to 51 single chip microcomputer . At last LCD1602 will display the information of body temperature and heart rate. Keywords: Piezoelectric sensors；control circuit；counters；Multisim2001 simulation software control circuit. -II
基于单片机的心率设计设计
毕业设计（论文）题目心率监测系统设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
基于单片机的心率计设计 摘要 心率是指单位时间内心脏搏动的次数，包含了许多重要的生理、病理信息，特别是与心脑血管相关的信息，是生物医学检测中一个重要的生理指标，也是临床常规诊断的生理指标；因此迅速准确地测量心率便显得尤为重要。随着医疗水平和人们生活水平的提高，快速、准确、便携式心率计便成为一种新的发展趋势，同时伴随着单片机技术的发展，基于单片机的便携式心率计便不失为一个好的选择。 本心率计共有三大部分，分别为：传感器部分、信号处理部分、单片机控制部分。传感器部分采用光电式传感器实现对信号采集；信号处理部分则采用放大、滤波、波形变换等方法实现信号的有效处理；而单片机部分则实现对心率的计数和显示功能。通过这三部分的有效组合初步实现对人体心率的一个有效计数。 信号采集采用光电式传感器通过对手指末端透光度的监测，实现信号的采集；信号放大则采用四运放运算放大器LM324，波形变换采用555定时器构成反向施密特触发器；单片机控制模块则采用AT89C51微处理器和相关元器件通过C语言编程实现计数和显示功能。 关键词：心率，光电式传感器，信号处理，AT89C51
DESIGN OF HEART RATE METER BASED ON MCU ABSTRACT Heart rate is refering to the number in unit time of the heart beating, contains many important physiological and pathological information, especially information associated with cardiovascular, biomedical detection an important physiological indexes, and routine clinical diagnosis of physiological indexes; so quickly and accurately measuring heart rate appears to be particularly important. With the improvement of medical level and people's living standards, rapid, accurate and portable heart rate meter has become a new trend, accompanied by the development of SCM technology, will not be regarded as a good choice of meter based on microcontroller portable heart rate. Heart rate meter consists of three parts, respectively: sensor part, signal processing part, MCU control part. Part of the sensor using photoelectric sensor achieved the signal of the signal acquisition; signal processing part uses the amplification, filtering, waveform transform method to effectively d eal with; and part of SCM is to achieve counting on heart rate and display function. Through the effective combination of these three parts, an effective count of human heart rate is realized.. Signals were collected using photoelectric sensor through the monitoring of the degree of light at the end of a finger, to realize the signal acquisition; signal amplification four operational amplifier LM324 operational amplifier is used, the waveform transform the 555 timer constitute reverse Schmitt trigger; MCU control module is used AT89C51 microprocessor and related components by C language programming counting and display function. KEY WORDS: heart rate, sensor photoelectric, signal processing, AT89C51
目录 摘要 (3) 英文摘要 (3) 1 引言 (4) 1.1 心率计的研究背景和意义 (4) 1.2 心率计的研究现状及发展动态 (4) 2 方案论证及元器件选择 (5) 2.1 研究内容及设计指标 (5) 2.2 方案设计与论证 (5) 2.2.1 传感器的选择与论证 (5) 2.2.2 信号处理方案选择和论证 (7) 2.2.3 单片机系统选择和论证 (8) 2.2.4 显示模块选择和论证 (9) 2.3元器件选择及其功能介绍 (9) 2.3.1单片机AT89S52 (9) 2.3.2红外传感器 (11) 2.3.3双运算放大器LM358N (11) 2.3.4 LCD12864 (12) 3 硬件系统设计 (13) 3.1 系统设计框图 (13) 3.2 信号采集电路 (14) 3.3 信号放大电路 (15) 3.3.1一级信号放大电路 (15) 3.3.2 电源模块设计 (16) 3.4 信号比较电路 (17) 3.5 LCD显示电路 (18) 3.6 记忆电路 (18) 3.7 键盘电路 (19) 4 软件设计 (19) 4.1 测量计算原理 (20) 4.2 主程序流程图 (20)
4.3 中断程序流程图 (21) 4.4 定时器T0，T1的中断服务程序 (21) 5 系统测试与结果分析 (22) 5.1 测试方法和仪器 (22) 5.2 仿真与焊接阶段 (23) 5.2.1 仿真阶段 (23) 5.2.2 焊接与完成阶段 (23) 5.3 测试数据与结果分析 (25) 5.3.1测量结果与分析 (25) 5.3.2几种主要系统干扰和影响 (27) 结束语 (28) 参考文献 (29) 附录一：心率计电路图 附录二：部分程序
#include
请在此处放置学校LOGO！！！ 基于单片机的心率计设计 学院：_______________ 专业：_______________ 姓名：_______________ 学号：_______________ 2013年月日
目录 摘要 (3) 第一章引言 (4) 1.1 心率计的研究背景和意义 (4) 1.2 心率计的研究现状及发展动态 (4) 第二章方案论证及元器件选择 (5) 2.1 研究内容及设计指标 (5) 2.2 方案设计与论证 (5) 2.2.1 传感器的选择与论证 (5) 2.2.2 信号处理方案选择和论证 (7) 2.2.3 单片机系统选择和论证 (8) 2.2.4 显示模块选择和论证 (9) 2.3元器件选择及其功能介绍 (9) 2.3.1单片机AT89S52 (9) 2.3.2红外传感器 (11) 2.3.3双运算放大器LM358N (11) 2.3.4 LCD1602 (12) 第三章硬件系统设计 (13)
3.1 系统设计框图 (13) 3.2 信号采集电路 (14) 3.3 信号放大电路 (15) 3.4 信号比较电路 (17) 3.5 LCD显示电路 (18) 3.7 键盘电路 (19) 第四章软件系统设计 (19) 4.1 测量计算原理 (20) 4.2 主程序流程图 (20) 4.3 中断程序流程图 (21) 4.4 定时器T0，T1的中断服务程序 (21) 第五章系统测试与结果分析 (22) 5.1 测试方法和仪器 (22) 5.2 仿真与焊接阶段 (23) 5.2.1 仿真阶段 (23) 5.2.2 焊接与完成阶段 (23) 5.3 测试数据与结果分析 (25) 5.3.1测量结果与分析 (25) 5.3.2几种主要系统干扰和影响 (27) 结束语 (28) 参考文献 (29) 附录一：系统仿真图
#include <> #include <> // 包含头文件 #define uint unsigned int #define uchar unsigned char #define ulong unsigned long //宏定义 #define LCD_DATA P0 //定义P0口为LCD_DATA sbit LCD_RS =P2^5; sbit LCD_RW =P2^6; sbit LCD_E =P2^7; //定义LCD控制引脚 sbit Xintiao =P3^2 ; //脉搏检测输入端定义 sbit speaker =P2^4; //蜂鸣器引脚定义 void delay5ms(void); //误差 0us void LCD_WriteData(uchar LCD_1602_DATA); /********LCD1602数据写入***********/ void LCD_WriteCom(uchar LCD_1602_COM); /********LCD1602命令写入***********/ void lcd_1602_word(uchar Adress_Com,uchar Num_Adat,uchar *Adress_Data); /*1602字符显示函数，变量依次为字符显示首地址，显示字符长度，所显示的字符*/ void InitLcd();//液晶初始化函数 void Tim_Init();
uchar Xintiao_Change=0; // uint Xintiao_Jishu; uchar stop; uchar View_Data[3]; uchar View_L[3]; uchar View_H[3]; uchar Xintiao_H=100; //脉搏上限 uchar Xintiao_L=40; //脉搏下限 uchar Key_Change; uchar Key_Value; //按键键值 uchar View_Con; //设置的位（0正常工作，1设置上限，2设置下限）uchar View_Change; void main() //主函数 { InitLcd(); Tim_Init(); lcd_1602_word(0x80,16,"Heart Rate: "); //初始化显示 TR0=1; TR1=1; //打开定时器 while(1) //进入循环 { if(Key_Change) //有按键按下并已经得出键值
摘要 脉搏心率测量仪在我们的日常生活中已经得到了非常广泛的应用。为了提高脉搏心率测量仪的简便性和精确度，本课题设计了一种基于52单片机的脉搏心率测量仪。系统以STC89C52单片机为核心，以红外反射式传感器ST188为检测原件，并利用单片机系统内部定时器来计算时间，由红外反射式传感器ST188感应产生脉冲，单片机通过对脉冲累加得到脉搏心率跳动次数，时间由定时器定时而得。系统运行中能显示脉搏心率次数和时间，系统停止运行时，能够显示总的脉搏心率次数和时间。经测试，系统工作正常，达到设计要求。 关键词：脉搏心率测量仪；STC89C52单片机；红外反射式传感器
Abstract Pulse meter in our daily life have got the very extensive application.In order to improve the simplicity and accuracy of the apparatus used to measure the pulse, this topic has designed a pulse measuring instrument based on 52 microcontroller.System with STC89C52 single-chip microcomputer as the core, with original ST188 infrared reflection type sensor for the detection, and use the single chip microcomputer system internal timer to measure time, pulse generated by the reflecting type of infrared sensor ST188 induction, microcontroller pulse is obtained by the pulse accumulation number, time by the timer timing.System can display the pulse frequency and time, the system stops running, can display the total pulse frequency and time.After the test, the system works well, to meet the design requirements. Keywords：The pulse measuring instrument;STC89C52 single-chip microcomputer;The infrared reflection type sensor
收稿日期：２０１２－０９－２５数字心率计的单片机设计与实现 石建飞 (黑龙江八一农垦大学,黑龙江大庆163319) 摘 要：心率计是用来测量人体心脏跳动的次数的仪器,通过测量人体的心率反应身体的健康程度,因此测量的精确和性价比是衡量的一项重要指标。设计从简单和经济实用角度出发,采用普通的TCRT5000反射型光电传感器采集信号,经过放大电路、滤波电路、比较电路将输入信号变换为单片机所能够识别的脉冲信号,经单片机STC89C52进行定时、计数处理后通过显示电路显示输出,最终实现瞬时心率和平均心率的精确测量。 关键字：心率计;瞬时心率;平均心率;单片机 中图分类号:TP368.1 文献标识码:B 文章编号:1003-7241(2013)05-0067-04 MCU Design and Implementation of Digital Heart-Rate Meter SHI Jian-fei ( Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163319 China ) Abstract: Heart rate meter is used to measure the human heart beating frequency instrument, through the measurement of the human heart rate response to physical health, so the measurement precision and price are its important indicator. This design from simple and economical and practical point of view, using the ordinary TCRT5000 reflective photoelectric sensor signal acquisition, passes through the amplifying circuit, filter circuit, comparison circuit the input signal is transformed into single chip, with which microcomputer can identify the pulse signal. Through SCM STC89C52 for timing, counting treatment, the display circuit shows the output. Finally it realizes the instantaneous heart rate and the precise measurement of the average heart rate. Key words: heart- rate meter; instantaneous heart rate; average heart rate; MCU １ 引言 心率是指人体心脏每分钟搏动的次数。它是反映心脏是否正常工作的一个重要参数,同时心率值也是衡量体力劳动强度和脑力劳动强度的重要指标。因此心率的测量是一种评价病人生理状况很好的方法。 心率计是用于测量心率值的的医疗设备,它的应用在心血管疾病的研究和诊断方面发挥出显著的作用,它所记录的心脏活动时的生物电信号,已成为临床诊断的重要依据[1]。随着电子科技的不断发展,生命科学和信息科学的结合越来越紧密,许多研究人员都投身于人类健康事业发展中来[2]。Holter(动态心电图)的出现,使心电图机进入家庭变成可能,但是基于心电工作站的模式,使个别地区的患者因医院分析诊断系统的不健全,而变得不适应。基于嵌入式及DSP的心电监护仪功能强大,但又因芯片价格的高昂而有悖于我国的基本国情。古老的手动式听诊器价格便宜,但这样大大占用了人力资源,而且在没有医生的情况下不方便测量,大大影响了疾病的预防工作。因此,对一种既经济又实用,方便测量的心率计的研究显得尤为重要。基于这一目的,设计了一种方便测量人的心跳,而且价格便宜,并且符合我国人均收入水平的心率计。 目前,市场上存在了一些心率计,但是价格较高,不利于心率计的普及,因此通过选用较为常见的电子器件,测量过程操作简单,成品心率计成本较低,进行批量化生产后成本价格不足20元,性能好,能够动态显示人的心跳数的变化,并将一分钟人的心跳数保持并显示出 Techniques of Automation & Applications| 67