便携式脉搏测量仪报告书.doc

摘要便携式脉搏测量仪主要以单片机AT89S52为核心，电路分为传感器模块、信号调整电路、单片机系统、键盘控制模块、显示电路、声光报警电路、DC/DC供电模块七个模块，设计并制作一个便携式人体脉搏测试仪，该测试仪采用红光或红外光发射接收技术，从人体手指或耳垂处采样获取脉搏信息，并能实时显示被测者每分钟的脉搏数。AbstractPortable pulse measuring instrument with single chip AT89S52 as the core, the circuit is divided into a sensor module, a signal adjusting circuit, MCU system, keyboard control module, a display circuit, an acoustic-optic alarm circuit, DC/DC power supply module seven module, design and production of a portable human body pulse tester, the tester adopts a red or infrared light transmitting and receiving technology, from the human finger or earlobe sampling to obtain information of pulse, and real-time display of the measured each minute pulse number.一、方案论证与比较1.传感器方案论证与比较方案一：采用集成传感器。当前，市面上有很多类型的集成心电传感器，其灵敏度高，集成度高，直接就可以反映出心率的变化，且已包含了滤波等抗干扰电路，波形经过放大可以直接处理使用。缺点是价格非常昂贵，考虑到经费以及锻炼自己的目的，不选择使用该型传感器。方案二：采用红外对管，采集信号经过放大，滤波，比较等处理便可以得到理想的信号。红外对管具有灵敏度高，易于操作，响应速度快，结构简单等优点，满足题目所需的要求。结合本系统的设计要求以及经费的考虑，因而采用方案二。2.信号放大电路方案论证与比较方案一：采用由CD4069组成放大电路，脉搏传感器出来的电压信号较弱，需要对其进行放大。将脉搏传感器出来的信号进行放大，使之成为一个幅值适当的信号，便于后续电路的处理。脉冲信号经低通放大器放大，放大器进一步放大后，送给施密特触发器整形后输出。最将整形后的信号放大并传给单片机进行处理。电路复杂而且不够稳定。方案二：采用由MAX494组成的放大电路，放大的信号比较稳定，MAX494的供电电压比较低，输入阻抗高，具有高精度、低功耗等的特点，满足题目所需的要求。经过比较，方案二比较符合题目的要求，所以选择方案二。二、系统硬件模块设计系统总体框图如图1-1所示。单片机系统传感器模块信号调整模块显示模块键盘控制模块DC/DC供电模块数据存储模块声光报警模块信号放大滤波时钟模块图1-1 系统框图1传感器采集调整模块 传感器由红外线发射二极管和接收三极管组成，红外对管具有灵敏度高，易于操作，响应速度快，结构简单，低功耗、价格便宜等优点，用+5V供电，但检测出来的脉搏电压信号较弱，用对MAX494芯片其进行放大比较，然后输出到单片机进行检测。具体电路如图2-1所示。图2-1 传感器采集调整图2信号放大调整电路 信号放大调整电路由MAX494和部分电阻组成，MAX494是高精密型的运放，由4个运放组成，3.6V到6V供电范围。微弱的信号经过第一级运放可电位器调节放大1-10倍，第二级运放放大固定的10倍，第三极运放和周边电路组成低通滤波器，对信号进行滤波。第四级运放为具有双门限值的反向输入迟滞比较器，电路简单具有迟滞回环传输特性，抗干扰能力比较强。由于正反馈的作用，这种比较器的门限电压时随输出电压的变化而变化的。具体电路连接如下图2-2所示。图2-2 信号放大电路图3DC/DC供电电路 MC34063是单片双极性型线性集成电路，且价格便宜，专用于直流-直流变换器控制部分。单片内包含有温度补偿带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器、驱动器和大电流输出开关，能输出1.5A的开关电流。它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器。只要此频率相对负载的时间常数足够高，负载上便可获得连续的直流电压。具体接法如下图2-3所示。图2-3 升压电路图4单片机系统AT89S52是一种低功耗、高性能COMS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。如图2-4所示。图2-4最小系统电路图5显示电路用LCD12864作显示电路，中文字库的128X64 是一种具有4 位/8 位并行、2 线或3 线串行多种接口方式，可以显示84 行1616 点 阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶 显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。如图2-5所示。图2-5 显示电路图6声光报警电路 声光报警电路主要由发光二极管、蜂鸣器、三极管组成，电路比较简单，操作方便，电路主要由单片机控制。图2-5 声光报警电路图三、系统软件的设计1系统主流程图系统主要流程图如图3-1所示。单片机自检开始检测是否有脉搏？检测是否有脉搏？进入待机进入睡眠状态检测脉搏无有无有图3-1 主程序流程四、系统测试与分析1测试仪器 模拟示波器、数字示波器、数字万用表、指针万用表、DDS信号发生器。2调试方法 静态测试静态调试，静态调试是用户系统未工作前的硬件检查过程。首先应对表面进行检查，即对焊接后的电路板的所有连接线仔细检查。通过目测查出一些明显的安装及连接错误并及时排除。其次用万用表测量，主要是测量目测是怀疑通断的情况，尤其是要测量电源与地之间是否短路。第三步是加电检查。开启电源后，检查芯片的电源电压是否正确，也可用手触摸，是否有明显发烫，所遇芯片均未发现异常，可进入下一步调试。3测试数据（1）基本要求部分基本要求的数据测量如图4-3所示。标准数据参考次数姓名第一次第二次第三次第四次第五次第六次第七次第八次第九次第十次平均值韦明科5149434443424244454444.7杨旭涛7880798179787881808179.5陈 健7272777274737174656871.6徐振华6662716166686766696566.1脉搏测量数据表次数姓名第一次第二次第三次第四次第五次第六次第七次第八次第九次第十次平均值韦明科4747484747424242474645.5杨旭涛7485828284818080848081.2陈 健7672787472787072707373.5徐振华6265676865656564656565.1图4-3 基本要求的数据测量4测试结果分析测量的数据基本要求的功能基本上完全实现，发挥部分的功能也实现了大部分。传感器采用发光二极管和接受三极管，灵敏度高，通过接收手指间反射的光信号强弱间接测试出人体脉搏的跳动频率，与医学测试仪对比，误差小于5次，满足题目要求，存在一定的误差，发光二极管需做好避光的设置，这样可以避免其他光线的干扰，测量值会更接近真实值。五、设计制作总结经过了四天三夜时间的拼搏和奋斗，我们完成了作品，并且实现了大多数的功能。在这过程中，我们碰到了很多的难题，但我们没有退缩，坚持了下来，我们在困难中不断分析、不断调试、不断探索，解决了不少难题。我们也认识到自身的不足，还有很多需要提高的地方。同时团队