脉搏毕业设计

1 / 21 脉搏毕业设计 数字式人体脉搏仪的设计 学生： XXX 指导老师： XXX 内容摘要：医院的护士每天都要给住院的病人把脉记录病人每分钟脉搏数，方法是用手按在病人腕部的动脉上，根据脉搏的跳动进行计数。为了节省时间，一般不会作1 分钟的测量，通常是测量 10 秒钟时间内心跳的数，再把结果乘以 6 即得到每分钟的心跳数，即使这样做还是比较费时，而且精度也不高。本文介绍一种用单片机制作的脉搏测量仪，只要人把手指放在传感器内 2 秒钟就可以精确测量出每分钟脉搏数，测量结果用三位数字显示。 关键词： AT98C2051 单片机 脉搏测量仪 光电图 Design for digital dermic measuring instrument Abstract: Nurse Hospital wants to give in hospital every day the patient takes the pulse to record the patient each minute pulse number, the method is with the hand according to on the patient wrists department artery, carries on the counting according to pulses beat. For the saving of time, will not make 1 minute survey generally, usually will be surveys in 10 seconds time palpitations number, will be multiplied by again the result 6 namely obtains each minute palpitation 2 / 21 number, even if will do this is quite time-consuming, moreover the precision will not be high. This article introduced that one kind the pulse measuring instrument which manufactures with the monolithic integrated circuit, so long as the human places the finger in the sensor 2 seconds to be possible the precision measuring each minute pulse number, the measurement result showed with three digits. Keywords: AT89C2051 monolithic integrated circuit photo electricity 目录 前言 . 1 1 硬件电路设计 . 2 AT89C2051 主要性能 . 2 AT89C2051 的 结 构 框图 . 3 AT89C2051 的 引 脚 说3 / 21 明 . 4 复位电路 . 5 振荡电路 . 5 2 基本结构模块 . 6 脉 搏 波 检 测 电路 . 6 脉 搏 信 号 拾 取 电路 . 7 信号放大 . 8 波形整形部分 . 9 3 整体电路分析 .4 / 21 . 10 光 发 射 电路 . 10 光电转换电路 . 10 信 号 采 集 及 处 理 系统 . 11 过 采 样 技 术 的 应用 . 11 整 体 硬 件 电 路 设计 . 12 4 软 件 设计 . 13 程序设计 . 13 程 序 源 代码 . 14 5 / 21 5 结束语 . 16 参考文献 . 18 数字式人体脉搏仪设计 前言 脉搏测量属于检测有无脉博的测量，有脉搏时遮挡光线，无脉搏时透光强，所采用的传感器是红外接收二极管和红外发射二极管。用于体育测量用的脉搏测量大致有指脉和耳脉二种方式。这二种测量方式各有优缺点，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。 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、强度、速率和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中许多生理病理的血流特6 / 21 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。但人体的生物信号多属于强噪声背景下的低频的弱信号 , 脉搏波信号更是低频微弱的非电生理信号 , 必需经过放大和后级滤波以满足采集的要求。 1 硬件电路设计 AT89C2051 主要性能 AT89C2051 是 ATMEL 公司生产的带 2K 字节闪速可编程可擦除只读存储器的 8 位单片机 ,它具有如下主要特性： ? 和 MCS-51 产品的兼容。 ? 2K 字节可重编程闪速存储器。 ? 耐久性： 1,000 写擦除周期。 ? 6V 的操作范围。 ? 全静态。 摘 要 本课题是人体脉搏测量仪的设计。由于脉搏信号的特殊性，在设计时必须要 注意实现测量的准确。该系统的重点就在于要求实现测量的简便化和精确化。系统要在小于十秒的时间内，测量出人体一分钟的脉搏，并且保证误差在 2 次以内。本系统以 89S51 单片机作为中心，通过使用单片机来实现系统最核心的计算脉搏功能。在信号的前端处理上，使用压电陶瓷片7 / 21 采集人体脉搏信号，然后经过 AD620 放大，施密特触发器整形，低通滤波器滤波等一系列操作，将脉搏信号转换为同频率的脉冲信号输入到单片机内，并利用单片机对其进行计数。计数的方法是利用单片机的计时器，计算一次心跳的时间，然后由该周期计算出频率，继而就可以求出一分 钟的脉搏数。按照理论来说，只要有一次心跳信号就可以。但是要考虑到计算的精确性，可以设定为测量五次心跳信号，然后再求脉搏就可以使结果比较精确。计数结果将最终送至液晶屏 1602 来进行显示。虽然压电陶瓷片的性能并非很好，在信号的采集上不能实现非常精确的采集，但是它的价格低廉，并且在经过系统的信号调理电路后，也能比较满意的实现我们所要实现的目标。整个系统耗电低，体积小，具有便携性与精确性。经过多次调试和实验，本系统基本实现了设计所要求的指标。 关键词：脉搏测量；心律监测；压电陶瓷片；液晶显示屏 目 录 引言 1 1 设 计 任 务 及 要求 3 设 计 任8 / 21 务 3 设 计 要求 3 设 计 时 所 遇 到 的 问题 3 2 系统总体设计 3 方 案 论证 3 总 体 设 计 框图 4 3 系统硬件设计 5 脉 搏 信 号 采集 5 传感器的选择 5 三 种 方 案 的 优 缺 点 比较 6 压电陶瓷片介绍 7 信 号 调 理 单9 / 21 元 7 一级放大电路 8 二阶滤波器电路 10 二级放大电路 12 整 形 电路 14 电 源 滤 波 电路 16 单 片 机 电路 16 显 示 系统 18 4 测试方案及结果 21 测 试 方案 21 模 拟 测 试 结10 / 21 果 21 实 际 测 试 结果 22 5 结束语22 谢辞 24 参 考 文献 25 附录 26 引言 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。 从近代医学的角度来看，人体循环系统承担着协调全身各组织的能量代谢，输送氧气 、营养物质，运走代谢废11 / 21 物等重要的工作，还承担运送抗体、激素等物质以协调整体的动态平衡。从整体的角度对疾病进行综合分析，显然循环系统的信息将占很重要的比重；从整个循环系统来看桡动脉介于大动脉与小动脉之间，由于心脏的舒缩、内脏血容量的变化、血管端点阻抗、管道内脉波的反射、血液的粘滞性、血管壁的粘弹性等因素使脉象携带着有关心脏运动、内脏循环、外周 循环等丰富的心血管系统及整体的动态信息。因此脉诊的临床意义很大，它的机 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。 脉搏测量仪的发展主要向以下几个趋势发展： 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12 / 21 详细，自动分析诊断功能也更强大。 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。 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。 人体脉 搏测试仪是用来测量人体心脏跳动频率的电子仪器，也是心电图的主要组成部分。心脏跳动频率通常用每分钟心脏跳动的次数来表示。采用数显式脉 搏计测量心脏跳动的频率不但精确，而且使用方便，显示结果醒目。 本设计所使用的系统利用压电陶瓷片将脉博转换为电压信号，经过信号调理后利用 AD 放大器进行放大和整形，在短时间内，测量出人体一分钟的脉搏数，并将心率进行实时显示，便于携带。达到了方便、快速、准确地测量心率的目的。这样的脉搏测量系统性能良好，结构简单，性价比高，输出显示稳定，比较适应大众化，适合家庭进 行自我检查以及医院护士进行每日的临床记录。 人体脉搏测试仪是用来测量人体心脏跳动频率的电13 / 21 子仪器，也是心电图的主要组成部分。心脏跳动频率通常用每分钟心脏跳动的次数来表示。采用数显式脉搏计测量心脏跳动的频率不但精确，而且使用方便，显示结果醒目。 1 设计任务及要求 设计任务 本课题要求利用传感器对人体脉搏信号进行采集，设计相应的信号调理电路，然后利用通过对脉搏信号进行测量，来进行实时显示测量结果。 设计要求 、应用数字电路实现在 1min 或内测量脉搏数，并显示其数值； 、脉搏测量精度： 2 次 /分钟； 、正常成年人的脉搏数为 60 80 次 /min，老年人为100 150 次 /min，如果出现心律不齐，要有所指示。 设计时要考虑的问题 由于人体的脉搏信号具有频率低、幅度小干扰大，不稳定度低，随机性强等特点，使得对脉搏信号的采集放大电路的设计提出了很严格的要求，尤其是抗干扰变为十分重要，需要设计低通滤波器进行滤波。选择放大器时需要从增益、频率响应，输入阻抗，共模抑制比，噪声，漂移等几个方面加以综合 考虑。 抗干扰 14 / 21 1 工频 50HZ 干扰及其各次谐波 使用频率为 50HZ的市电的电子仪器设备会对检测系统会产生较大的干扰，其幅值大约是脉搏信号峰峰值的 50%,是主要的干扰源 2 肌电干扰 肌肉的收缩会产生微伏级的电势，其幅值大约是脉搏信号峰峰值的 10，维持时间大约是 50ms，频带范围可以在 0HZ10000HZ。 3 由于呼吸引起的基线漂移和 ECG 幅度变化 呼吸引起的基线漂移可以看成是一个以呼吸的频率加入 ECG 信号的窦 性成分，这个正弦成分的幅度和频率是变化的。呼吸所引起的 ECG 信号的幅度的变化可以达到 15。基线漂移的频率是从。 低噪声、低漂移 在脉搏信号放大器中，由于增益较高，噪声和漂移是两个较重要的参数。脉搏信号放大器运行过程中的噪声主要表现为电子线路的固有热噪声和散粒噪声，这些都属于白噪声，其幅值为正态分布。为了获得一定信噪比的输出信号，对放大器的低噪声性能有严格要求。另外，温度变化会造成零点漂移，漂移现象限制了放大器的输入范围，使得微弱的缓变信号无法被放大。而脉搏信号具有很低的频率成分， 为了能正常测量，必须采取措施来限制放大器的漂移。所以放15 / 21 大器应选用低漂移，高输入阻抗并且具有高共模抑制比的集成运放电路。 2 系统总体设计 摘 要 本课题是人体脉搏测量仪的设计。由于脉搏信号的特殊性，在设计时必须要注意实现测量的准确。该系统的重点就在于要求实现测量的简便化和精确化。系统要在小于十秒的时间内，测量出人体一分钟的脉搏，并且保证误差在 2次以内。本系统以 89S51 单片机作为中心，通过使用单片机来实现系统最核心的计算脉搏功能。在信号的前端处理上，使用压电陶瓷片采集人体脉搏信 号，然后经过 AD620 放大，施密特触发器整形，低通滤波器滤波等一系列操作，将脉搏信号转换为同频率的脉冲信号输入到单片机内，并利用单片机对其进行计数。计数的方法是利用单片机的计时器，计算一次心跳的时间，然后由该周期计算出频率，继而就可以求出一分钟的脉搏数。按照理论来说，只要有一次心跳信号就可以。但是要考虑到计算的精确性，可以设定为测量五次心跳信号，然后再求脉搏就可以使结果比较精确。计数结果将最终送至液晶屏 1602 来进行显示。虽然压电陶瓷片的性能并非很好，在信号的采集上不能实现非常精确的采集，但是它的价格低廉， 并且在经过系统的信号调理电路后，也能比较满意的实现我们所要实现的目标。整个系统耗电低，体积小，具有便携性与精确性。经过多次调试和实验，本系统基16 / 21 本实现了设计所要求的指标。 关键词：脉搏测量；心律监测；压电陶瓷片；液晶显示屏 目 录 引言 1 1 设 计 任 务 及 要求 3 设 计 任务 3 设 计 要求 3 设 计 时 所 遇 到 的 问题 3 2 系统总体设计 3 方 案 论证 3 总 体 设 计 框图 4 3 系统硬件设计 5 脉 搏 信 号 采17 / 21 集 5 传感器的选择 5 三 种 方 案 的 优 缺 点 比较 6 压电陶瓷片介绍 7 信 号 调 理 单元 7 一级放大电路 8 二阶滤波器电路 10 二级放大电路 12 整 形 电路 14 电源滤波电路 16 18 / 21 单 片 机 电路 16 显 示 系统 18 4 测试方案及结果 21 测 试 方案 21 模 拟 测 试 结果 21 实 际 测 试 结果 22 5 结束语22 谢辞 24 参 考 文献25 附录 26 引言 19 / 21 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。 从近代医学的角度来看，人体循环系统承担着协调全身各组织的能量代谢，输送氧气、营养物质，运走代谢废物等重要的工作，还承担运送抗体、激素等物质以协调整体的动态平衡。从整体的角度对疾病进行综合分析，显然循环系统的信息将占很重要的比重；从整个循环系统来看桡动脉介于大动脉与小动脉之间，由于心脏的舒缩、内脏血容量的变化、血管端点阻抗、管道内脉波的反射、 血液的粘滞性、血管壁的粘弹性等因素使脉象携带着有关心脏运动、内脏循环、外周循环等丰富的心血管系统及整体的动态信息。因此脉诊的临床意义很大，它的机理是急待于我们进行研究的。 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，