毕业设计基于STC89C52单片机的心率测试仪的设计

毕 业 设 计 （论 文）题 目： 基于单片机的心率测试仪的设计 学 院： 电气与信息工程 专 业： 自动化 姓 名： 学 号： 指导老师： 河南城建学院本科毕业设计（论文） Abstract 完成时间： 2013 年 05 月 28 日 河南城建学院本科毕业设计（论文） 摘要I摘 要 随着生物医学工程技术的发展, 医学信号测量仪器日新月异。生物医学测量与临床医学和保健医疗的联系日益紧密。通过对人体各种生理信号的检测，能更好的认识人体的生命现象。脉象包含丰富的人体健康状况信息, 脉诊技术应客观化、定量化。本设计利用光电式传感器, 设计脉搏信号获取的方法。本设计主要是基于单片机的便携式脉搏测试仪的具体实现方法，利用光电传感器产生脉冲信号，经过放大整形后，输入单片机内进行相应的控制，从而测量出一分钟内的脉搏跳动次数，快捷方便。通过观测脉搏信号，可以对人体的健康进行检查，通常被用于保健中心和医院。本设计所设计的基于单片机的便携式心率测试仪对推进脉诊技术客观化的实现具有积极的促进作用。本设计以单片机为核心，由脉搏检测传感器采集脉搏信号。经过前置放大电路、滤波电路、整形电路后得到与脉搏相关的脉冲信号。该脉冲信号作为中断信号交由单片机进行脉长周期的计算。然后得到每分钟的脉搏搏动次数（即心率） ，并在数码管上显示心率，同时还设置了脉搏测量仪的上下限报警电路。关键词：脉搏信号，单片机，光电传感器，脉冲信号，便携式心率测试仪河南城建学院本科毕业设计（论文） AbstractIIAbstract With the development of the biomedical engineering technology, the medical signal measuring instrument is changing everyday. Biomedical measurement and clinical medicine and health care increasingly close ties. We could better understand the phenomenon of human. life through various physiological signal detection of the human body. Pulse inclusions rich state of the health information, By using optical sensors, With the high development of electronics and computer nowadays, the pulse diagnosing technology should be objective and quantitive. this text access to the pulse signal design methods. This paper mainly introduces the concrete realization method for digital pulse counter, which uses photoelectric sensors to generate pulse signal. The pulse signal is amplified and regenerated to input into MCU to carry out corresponding control, as a result the pulse number per a minute is measured. The use of the pulse counter is quick and convenient. Through observing the pulse signal, human health can be inspected, it is usually used in health care centers and the hospitals. In my design, Portable heart rate measuring instrument based on MCU has a positive role in promoting the objective of the pulse technology.Key words: Pulse，MCU，Photoelectric Sensor，Pulse Signal，Portable河南城建学院本科毕业设计（论文） 目录III目 录摘 要 .IAbstract .II1 绪论 .11.1 课题设计背景 .11.2 国内外研究现状 .21.3 设计的主要内容 .32 系统的总体设计方案 .42.1 系统的总体设计 .42.2 方案的对比和论证 .42.2.1 脉搏检测传感器的选择 .42.2.2 单片机的选择 .62.2.3 显示部分的选择 .62.3 系统各部分的最终方案 .73 系统的硬件部分设计分析 .83.1 单片机控制器 .83.1.1 单片机 stc89c52 介绍 .83.1.2 单片机复位电路 .113.1.3 单片机时钟电路 .123.1.4 数码管显示电路 .123.1.5 报警电路 .133.2 脉搏信号采集 .143.2.1 光电传感器的结构及原理 .143.2.2 信号采集电路 .153.3 信号放大电路 .163.4 波形整形电路 .173.5 单片机处理电路 .173.6 系统设计要考虑的问题 .193.6.1 环境光对脉搏传感器测量的影响 .193.6.2 电磁干扰对脉搏传感器的影响 .193.6.3 测量过程中运动噪声的影响 .203.6.4 电源不稳定导致光源供电波动带来影响 .204 系统的软件设计 .214.1 设计思想 .214.1.1 主程序流程图 .224.2 定时器中断程序流程 .234.3 INT 中断程序流程 .234.4 显示程序流程 .244.5 蜂鸣器报警流程 .245 系统仿真与调试 .26河南城建学院本科毕业设计（论文） 目录IV5.1 程序设计 .265.2 程序调试 .266 总结与展望 .29结束语 .30参考文献 .31致谢 .33附录 A 整体硬件电路图 .34附录 B 程序 .35河南城建学院本科毕业设计（论文） 绪论11 绪 论1.1 课题设计背景多年来，心率测试仪在心脑血管疾病的研究和诊断方面发挥出显著的作用，它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。临床上使用的心电监护仪虽然功能强大，测量精度高，但因为价格高昂，不利于家庭的普及。就算是在医院，护士每天监控病人病情而进行的心率测试也是常用手测。因为正常人的心率和脉搏跳动的次数是一样的，所以可以用测量脉搏的方法来测心率。因此，本设计采用的是设计一种脉搏测试仪测量脉搏数从而实现心率的测量的方法。脉搏测试仪是用来测量一个人脉搏跳动次数的电子仪器，也是心电图的主要组成部分,因此，在现代医学上具有重要的作用。目前检测脉搏的仪器虽然很多，但是能实现精确测量、精确显示且计时功能准确等多种功能的便携式全数字脉搏测量装置很少。随着人们生活环境和经济条件的改善，以及文化素质的提高，其生活方式，保健需求以及疾病种类、治疗措施等发生了明显的变化。但在目前，我国的心脑血管疾病仍呈逐年上升趋势。其发病率和死亡率均居各种疾病之首，是人类死亡的主要原因之一。因此，认识、预防及早期发现这些疾病是十分必要的。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。本设计旨在设计出一种以单片机为核心的一种实用型脉搏测量仪。采用脉搏检测传感器对人体的脉搏进行数据采集。得到的信号送入进行滤波、放大、整形等处理之后送入单片机进行处理。单片机将采集到的脉搏数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。本设计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。本设计所设计的基于单片机的便携式心率测试仪，系统性能良好，结构简单，性价比高，输出显示稳定，比较适合大众化。适合家庭进行自我检测以及医院护士进行每日的临床记录。这使我们在家中就可以测试心率从而能检测是否患有一河南城建学院本科毕业设计（论文） 绪论2些心血管疾病，做到早发现。1.2 国内外研究现状在我国传统中医学的诊断中，“望、闻、问、切” 是最基本的四个方面。而在其中，切，也就是脉诊，占有非常重要的地位。通过脉诊，医生可以对患者的身体状况有一个大概的了解，进而对症下药。脉搏信号可以直接反应出患者心脏的部分状况，我国传统中医学认为，通过脉诊可以了解到患者脏腑气血的盛衰，可以探测到病因，病位，预测疗效等。鉴于脉诊的重要性，人们对于脉搏测量一直非常关注，早在 1860 年 Vierordt 创建了第一台杠杆式脉搏描记仪，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、广州、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。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。而由于脉搏传感器的不同，现今市场上的脉搏测试仪的脉率采集主要有三种方法：采用一对红色发光二极管实现、采用反射式的红外管实现和采用压电陶瓷芯片实现。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。脉搏测量仪的发展主要向以下几个趋势：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血氧等其他的功能，但是对这些信号的分析和诊断还需要一些有经验的医生观察，进行分析后才能确认结果，浪费大量的人力，且由人为引入的误差较大。因此，未来脉搏自动检测的内容将更加详细，自动分析诊断功能也更强大。2、数字化技术等先进技术的应用随着数字科学技术的发展，脉搏测量仪集成度将更高，更便于携带。数字信号处理的运用将使干扰更小，测量更为准确。3、多功能化越来越明显目前的脉搏测量仪，一般都具有测试血氧，心电图等等功能，单纯的脉搏测河南城建学院本科毕业设计（论文） 绪论3量仪已经很少见。随着电子技术的发展，脉搏测量仪必然可以实现更多的功能。1.3 设计的主要内容本设计以单片机为核心，由脉搏检测传感器采集脉搏信号。经过前置放大电路、滤波电路、整形电路后得到与脉搏相关的脉冲信号。该脉冲信号作为中断信号交由单片机进行脉长周期的计算。然后得到每分钟的脉搏搏动次数（即心率） ，并在数码管上显示心率，同时还设置了脉搏测量仪的上下限报警电路。本设计的工作是围绕着脉搏检测传感器检测脉搏波而单片机进行控制进行的。本设计的设计内容安排如下：第一章为引言。简要介绍了心率测试仪设计的目的和意义，并对