简易脉搏测试仪

1、简易脉搏测试仪（高职高专组）摘要:本系统以stc89c52单片机作为控制器，通过键盘设置脉搏的上下界限。并 可再次通过键盘查询保存的测试过的记录。本设计通过lcd12864液晶显示每秒钟脉搏信号所形成的波形图。将测得的实际脉搏数通过透射式红外线发射管和 控制ad芯片转换为相应的数据反馈给主控芯片，使脉搏次数在液晶屏上的显 示。通过stc89c52单片机自身实现了脉搏的测量，当测量结束蜂鸣器鸣叫提醒； 也实现了当脉搏次数超过了上限值或低于下限值时蜂鸣器报警。关键词：stc89c52单片机；lcd12864液晶显示；a/d转换abstract： this system by stc89c52 mi

2、cro control as the controller, through the keyboard set upper and lower bounds of the pulse. and may be retained by keyboard query again tested the record. this design through lcd12864 lcd pulse signal waveform figure formed by every second. the actual pulse number of measured by transmission type i

3、nfrared transmitting tube and control ad chip is converted to the corresponding data back to the main control chip, the pulse number displayed on the lcd panel. through stc89c52 micro controller itself to realize the measurementof the pulse, when measured over a buzzer sing remind; also realize when

4、 the pulse of the times more than the upper limit or below the lower limit value when the buzzer alarm.key words： stc89c52 micro control; lcd12864 lcd display; a/d conversion7目录1系统方案4.1.1 控制模块的论证与选择 41.2 信号调理部分的论证与选择41.3 光电脉搏信号拾取部分的论证与选择 51.4 滤波模块的选择5.1.5 显示模块的选择5.1.6 系统模块方框图6.2系统理论分析与计算6.2.1 设计时应该考

5、虑的问题以及解决的措施 .62.2 光电发射接收参数分析与计算72.3 脉搏信号参数分析、信息采样与处理参数分析计算 73电路与程序设计8.3.1 电路的设计8.3.1.1 光电转换电路、调理电路的设计83.1.2 报警电路8.3.2.1 程序功能描述.9.3.2.2 程序流程图9.4测试方案与测试结果 .104.1 测试方案、条件及仪器 1.04.1.1 测试方案.104.1.2 测试条件及仪器1.04.2 测试结果1.05结论116参考文献11附录一：元件清单1.2附录二：原理图1.31系统方案1.1 控制模块的论证与选择方案一：采用stc89c52乍为控制核心。51单片机价格低廉，c语言

6、程序 编写容易，控制方便，结构简单，价格便宜，易于开发。有总线扩展，有较强的 位处理功能，有全双工异步串行通信口。方案二：采用fpga（现场可编程门阵列）彳为系统的控制器。fpgam以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高。由于其集成度高，使其成本偏高， 同时其芯片引脚较多，实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的 工作。方案三：采用arm75片lpc2148具有512k flash程序存储空间、主频达48m三个定时器、四个外部中断、内部 rtc采用三级流水线模式运行程序， 拥有i2c、spi、uar邙通信接口。同时其芯片引脚也较多，不便控制。且价格 较贵。方案选择：本系统可以采取8

7、9c52、fpga arme种控制器。虽arm:匕89c51 单片机具有更强大的控制功能、更快的运行速度，可更快捷地进行高精度的测量， 但本设计运行速度要求不高，89c52就能满足所需要的功能。因此综合考虑选择 89c52作为控制部件。1.2 信号调理部分的论证与选择方案一：采用反射式红外光传感器st18酥集脉搏信号，它具有高发射频 率，高灵敏度光电晶体管，检测距离大等特点。但由于是反射式受环境影响大。方案二:采用透射式红外线发射管和红外线接收管采集脉搏信号，它们具 有灵敏度高，响应快，结构简单，性能稳定、可靠，能避开强烈的电磁干扰，有很高的绝缘性，可重复好等优点。而且受环境的影响较小，又满足

8、项目的要求。综上所述，st188在信号采集时，所受的环境影响大，导致测量的误差较大。而用透射式红外线发射管和红外线接收管测量产生的误差小且能够满足项目 的要求。故选择方案二。1.3 光电脉搏信号拾取部分的论证与选择方案一： 采用电源、电阻、发射管串联的电路。这种电路结构简单，通过发射管的电流主要由限流电阻决定。但是电源的波动以及温度引起的发射管压 降变化会改变通过发射管的电流， 从而导致红外光源的光强波动，进而引起接收 的信号波动，影响测量结果。方案二： 利用三极管、稳压源组成红外发射管恒流驱动电路。此种方案稳定了发射管中的电流，从而减弱了光源波动，提高了接收信号的稳定性。因此 采用这种方案。

9、1.4 滤波模块的选择方案一：传统分立元件rc组成无源滤波器。通过,k拟开关选择不同的 rc 来控制不同的截止频率、品质因数等特性参数，但是它存在带内不平坦、频带范 围窄且恒定、结构复杂等缺点。方案二：运算放大器构成有源滤波器。通过集成运算放大器与不同的rc组成滤波器，能够过选择不同的 rc网络来实现截止频率和品质因数可变的高 通、低通滤波器的设计。通过比较，方案二比方案一更能满足题目的要求，故选择方案二。1.5 显示模块的选择方案一：采用lcd1602作为系统显示器件，5v供电，操作简单，但显示 的内容较少，无法显示曲线，不能达到题目要求。方案二：采用诺基亚5110液晶屏，支持多种串行通信协

10、议，传输速率高， 低电压、低功耗，体积小，采用串行接口与主处理器进行通信， 也可以显示汉字方案三：采用lcd12864液晶显示，可视面积大，画面效果好，抗干扰能 力强，低电压，低功耗，硬件电路结构或显示程序都简洁得多，调用方便简单， 而且可以节省软件终端资源。1.6 系统模块方框图根据题目要求以及本组对各个模块的选择方案的实际情况，综合考虑，选定的系统如图1-1所示：脉搏采样放大、滤波电路uj au转换计lcd 12864液晶显示stc89c52单片机蜂鸣器报警图1-1系统模块方框图2系统理论分析与计算2.1 设计时应该考虑的问题以及解决的措施在光电式脉搏传感器中，光敏器件接收到的光信号不仅包

11、含脉搏信息的透射 光的信号，而且包含测量环境下的背景光信号，由于动脉波动引起的光强变化比 背景光的变化微弱得多，因此在测量过程当中要保持测量背景光的恒定， 减少背 景光的干扰。测量环境下的背景光包含环境光和在测量过程中引起的二次反射 光。为了减少环境光对脉搏信号测量的影响，同时考虑到传感器使用的方便性， 采用密封的指套式包装方式，整个外壳采用不透光的介质和颜色， 尽量减小外界 环境光的影响，为了避免测量过程中的二次反射光的影响， 在指套式传感器的内 层表面涂上一层吸光材料，这样能有效减少二次反射光的干扰。加上指套式外壳 后的脉搏传感器测量到的脉搏波形比较平滑。 这是因为加指套式的脉搏传感器中

12、环境光在测量过程中基本不受外界环境光的影响，而且能够有效减少二次反射 光，使照射到手指上的光波长单一，所以得到的脉搏信号较为稳定，没有明显的 重叠杂波信号，能够很好的体现出脉搏波形的特征通过光电转换得到的包含脉搏信息的电信号一般比较微弱，容易受到外界电磁信号的干扰，在传统的光电式脉搏传感器电路中，由于光敏器件和放大电路是 分离的，那么在信号的传递过程就很容易受到外界电磁干扰，通常在一级放大电 路采用电磁屏蔽的方式来消除电磁干扰。 本系统采用了新型的光敏器件，在芯片 内部集成光敏器和一级放大电路，有效地抑制了外界电磁信号对原始脉搏信号的 干扰。工频干扰是电路中最常见的干扰，脉搏信号变化缓慢，特别

13、容易受到工频信 号的干扰，因此对工频信号干扰的抑制是保证脉搏信号测量精度的主要措施之 一。通常脉搏信号的频率范围0.330hz之间，小于工频50hz,因此通过低通 滤波器可以有效滤除工频干扰，这在信号调理电路中容易实现；同时可以在控制 电路中对光源进行脉冲调制，这样不但能够降低系统的功耗，而且能够在一定程 度上减小外界的电磁干扰，在脉搏信号数据采集后，可以通过数据处理法方法进 一步滤除工频信号的干扰。2.2 光电发射接收参数分析与计算当手指放在红外线发射二极管和红外线接收三级管中间，随着心脏的跳动， 血管中血液的血流量将发生变化。由于手指放在光的传递路径中，血管中血液的 饱和度和程度的变化将引

14、起光的强度发生变化，因此和心跳的节拍相对应，红外接收三极管的的电流也跟着变化，这就导致红外接收三极管输出脉冲信号。2.3 脉搏信号参数分析、信息采样与处理参数分析计算将脉搏信号采集进来后，因为信号中伴有各种噪声干扰，所以首先进行高通滤波，去除低频干扰；再进行初级信号放大，同时进行低通滤波，去除高频 信号，取中间合适的信号；然后再用 rc振荡电路将信号整形，整形后再次用同 相比例放大电路进行信号放大并且低通滤波，其两次信号放大10201倍。公式为： a = (1 , -r且)(1 - -r-8-)r 4r 73电路与程序设计3.1 电路的设计3.1.1 光电转换电路、调理电路的设计本系统采用透射

15、式红外线发射管和红外线接收管，来实现对脉搏信号的采 集，直接输出数字量，可以直接和单片机进行通讯，大大简化了电路的复杂度。 脉搏信号采集电路如图3-1所示：图3-1光电转换电路、调理电路3.1.2报警电路当脉搏次数超过设置的脉搏次数最大上限值或低于最小下限值时，蜂鸣器发出警报，当一次脉搏测量结束时，蜂鸣器鸣叫提醒，报警电路如图3-2所示：3.2 程序设计3.2.1 程序功能描述光电转换与滤波放大处理电路将人体的脉冲信号转化为电信号，经过 tlc1549ad专换将模拟信号转化为数字信号，送给stc89c51i1片机进行脉冲计数，并用lcd1286枚时显示所采集到的信号波形和脉冲频率。3.2.2

16、程序流程图本系统程序设计都是采用 keil开发软件，c语言程序。c语言较方便，通俗易懂。而且本系统采用的是模块化编程思路，使得程序更具有移植性和可读性。主程序软件流程如图3-3所示:图3-3主程序软件流程图94测试方案与测试结果4.1 测试方案、条件及仪器4.1.1 测试方案系统调试分硬件调试、软件调试和综合调试三部分。先对硬件电路进行，检 测电路焊接无误并上电调试通过， 再对电路进行软件调试，完成以上两项之后进 行软硬件联调并测试电路性能，记录测试数据。测试脉搏数据时：一边用便携式脉搏测试仪测量一分钟的脉搏数，一边用手按住动脉用秒表计时测量脉搏数。重复测试脉搏数据，更换被测试对象，多记录几组

17、数据。4.1.2 测试条件及仪器检查多次，硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路 保证无虚焊，上电调试并通过验证。秒表、数字万用表、ds1152e-ed颤字示波器、rxn-303d-ii稳压电源等。4.2 测试结果测试结果如表4-1所示：表4-1脉搏误差测试数据记录表测量次数测量时间脉搏次数（脉搏测量仪）脉搏次数（手 按动脉测量）4h至 庆方队员1第1次1min79845.9%第2次1min88880第3次30s38392.5%第4次30s43422.3%队员2第1次1min92902.2%第2次1min90911.1%第3次30s39382.6%第4次30s42405.05

18、%5结论通过本系统的简易脉搏测试仪有以下特点：(1)采用单片机控制，可以实现智能控制，即不改变硬件的情况下，可以通 过在程序里调用不同的控制策略来模拟电源测试时的各种工作需要。(2)本设计实现了测量人体脉搏频率的功能，能准确的测试出人体的脉搏频率，理想达到设计指标的要求。除此之外还可以通过液晶屏形象显示脉搏振动波形(3)易于控制加载和去载，便于负载调节。(4)用10位串行a/d进行数模转换。本论文是采用stc89c5侏实现脉搏测试白设计，利用 lcd液晶显示屏作 为显示器件，通过透射式红外线发射管和红外线接收管采集脉搏信号，实现 对脉搏的测量。具有可控性好，易于操作的优点。参考文献：1韩文波，曹维国，张精慧.光电式脉搏波监测系统j.长春光学精密机械学院学报，1999,第22卷第4期，2.2沈建华，杨艳琴,瞿晓曙，msp4308列