脈搏監(jiān)測(cè)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</p><p>　　學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： </p><p>　　學(xué) 院： 電氣工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 生物醫(yī)學(xué)工程 </p><p>　　題 目： 脈搏監(jiān)測(cè)硬

2、件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　評(píng)閱教師： </p><p><b>　　年 月</b></p><p>　　河北科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表</p&

3、gt;<p>　　注：該表一式兩份，一份歸檔，一份裝入學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書中。</p><p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 中 文 摘 要</p><p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 外 文 摘 要</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b><

4、;/p><p>　　1.1 選題背景和意義1</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3 課題主要研究?jī)?nèi)容3</p><p>　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案4</p><p>　　2.1 傳感器的選型4</p><p>　　2.2 主控模塊的選型6&l

5、t;/p><p>　　2.3 顯示模塊的選型7</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1 主控模塊8</p><p>　　3.2 信號(hào)采集與處理電路設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.4 按鍵電路的設(shè)計(jì)19</p><p>　　3.5 蜂鳴器電路的設(shè)

6、計(jì)20</p><p>　　3.6 顯示電路設(shè)計(jì)21</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.1 系統(tǒng)主程序流程24</p><p>　　4.2 按鍵程序流程設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.3 蜂鳴器報(bào)警程序流程設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.

7、4 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷程序流程的設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.5 顯示程序流程的設(shè)計(jì)27</p><p>　　5 系統(tǒng)調(diào)試29</p><p>　　5.1 調(diào)試結(jié)果29</p><p>　　5.2 誤差分析30</p><p>　　6 系統(tǒng)檢驗(yàn)31</p><p>&

8、lt;b>　　結(jié) 論33</b></p><p><b>　　致 謝34</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)35</p><p>　　附錄A：系統(tǒng)整體原理圖37</p><p>　　附錄B：系統(tǒng)源程序38</p><p><b>　　1 緒論&l

9、t;/b></p><p>　　脈搏是人體基本的生命體征參數(shù)，脈搏的正常與否能夠間接的反映人體的健康狀態(tài)。在醫(yī)療科技快速發(fā)展的情況下，脈搏監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為人體保健和疾病診斷不可或缺的環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)一款便攜的脈搏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有一定的實(shí)際意義。</p><p>　　1.1 選題背景和意義</p><p>　　脈搏是人體正常的生理現(xiàn)象，它能夠直觀的反映心臟和血管的健康狀態(tài)。

10、人體各個(gè)器官的健康和病變等信息會(huì)通過(guò)血液和心臟以某種方式間接地表現(xiàn)在脈象中。通過(guò)觀察脈搏波，分析脈波圖能夠發(fā)現(xiàn)許多具有診斷價(jià)值的信息，用于預(yù)測(cè)人體某些器臟結(jié)構(gòu)和功能的變化趨勢(shì)，如：血管在力學(xué)性質(zhì)和幾何形態(tài)上的變異會(huì)反映在脈搏波波形和波速的變化上[1]。各種心血管病理和生理性變異常常會(huì)引發(fā)脈搏的改變，并先于疾病臨床癥狀的出現(xiàn)。通過(guò)對(duì)脈搏波的檢測(cè)分析可以對(duì)高血壓、心臟病等引起的血管病變進(jìn)行評(píng)估。同時(shí)脈搏測(cè)量還為血壓、血流及其他某些生理信號(hào)測(cè)

11、量提供了一種生理參考信號(hào)。</p><p>　　心室周期性的收縮和舒張是心臟跳動(dòng)的原始動(dòng)力，心臟跳動(dòng)直接引起主動(dòng)脈的舒張和收縮，在血流中產(chǎn)生壓力波循環(huán)的在動(dòng)脈系統(tǒng)中傳播，這就是常說(shuō)的脈搏波。通其他機(jī)械波一樣，脈搏波也具有一定的波形、強(qiáng)度、幅值和速率等信息，而這些信息與人體心血管系統(tǒng)的健康狀態(tài)、病變異常等引起的血流特征息息相關(guān)[2]。從理論上來(lái)說(shuō)，通過(guò)高科技手段檢測(cè)人體脈搏的微弱變化，能夠直接診斷人體存在的病變前兆

12、以及疾病情況。因此，對(duì)脈診進(jìn)行研究探索是醫(yī)療工作的必須前提，也是中醫(yī)科學(xué)的延伸和拓展，對(duì)人類醫(yī)學(xué)的發(fā)展具有重要意義。</p><p>　　在醫(yī)學(xué)和保健學(xué)中，脈搏作為一種最基本的生命特征，受到很大重視。作為我國(guó)傳統(tǒng)中醫(yī)的精髓，脈診在我國(guó)已具有2600多年的實(shí)踐歷史，但傳統(tǒng)中醫(yī)中的“望、聞、問(wèn)、切”病情診斷方法，受經(jīng)驗(yàn)等認(rèn)為因素的影響較大，測(cè)量精度難以保證。在我國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中，對(duì)脈搏的檢測(cè)通常是通過(guò)人工把脈或者聽(tīng)診器進(jìn)

13、行測(cè)試，由于經(jīng)驗(yàn)的不足和器械的局限性，難以準(zhǔn)確測(cè)得脈搏的具體信息。而隨著科技的進(jìn)步和醫(yī)療器械的發(fā)展，利用新型的電子儀器能夠更加精確的對(duì)脈搏進(jìn)行測(cè)量，為疾病診斷提供更加準(zhǔn)確的信息依據(jù)?，F(xiàn)在市面上有很多用于日常監(jiān)護(hù)的儀器，最常見(jiàn)的便攜式電子血壓計(jì)，可以完成對(duì)人體脈搏的測(cè)量。這種便攜式電子血壓計(jì)利用微型氣泵加壓橡膠氣囊，但是每次測(cè)量都需要一個(gè)加壓和減壓的過(guò)程，但是也會(huì)有一些缺點(diǎn)比如體積龐大、加減壓過(guò)程造成不適、脈搏檢測(cè)的精確度低等[3]。因此

14、，采用傳感器對(duì)脈搏進(jìn)行檢測(cè)，具有準(zhǔn)確度高，信息量大，非侵入性，便攜性等諸多優(yōu)點(diǎn)，將成為今后脈診的趨勢(shì)。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　對(duì)醫(yī)學(xué)參數(shù)的測(cè)試研究已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，作為一個(gè)新興學(xué)科，受到醫(yī)學(xué)界以及工程技術(shù)界的廣泛關(guān)注。世界上第一臺(tái)杠桿式脈搏描記儀是在1860年由Vierordt 創(chuàng)建的，而我國(guó)脈搏儀的研究始于20世紀(jì)50年代初，著名醫(yī)學(xué)

15、家朱顏首次將脈搏儀用到中醫(yī)脈診的研究[4]。此后，機(jī)械及電子技術(shù)的發(fā)展快速帶動(dòng)了脈象儀研制方面的發(fā)展。在70年代中期，上海、天津、江西、貴州等地相繼成立了脈象研究工作小組，使得中醫(yī)脈象的研究工作在理論和實(shí)踐上踏上了新的臺(tái)階。以下按脈象儀探頭的形式，傳感器的特點(diǎn)及研制者作一簡(jiǎn)單的歸納[5]，詳見(jiàn)表1.1所示。</p><p>　　表1.1 脈搏儀的研制情況</p><p>　　脈象探頭的樣式

16、諸多，按外在形態(tài)可分為單部、三部或者單點(diǎn)、多點(diǎn)；按照接觸方式可分為剛性接觸式、軟性接觸式；按照材料可分為硅杯式、液態(tài)汞、液水、子母式，其中應(yīng)用最為廣泛的是單部單點(diǎn)應(yīng)變片式，由于性能更加優(yōu)越，近年來(lái)三部多點(diǎn)式發(fā)展成為主流。</p><p>　　脈搏測(cè)量?jī)x的發(fā)展主要向以下幾個(gè)趨勢(shì)發(fā)展：</p><p>　　1）自動(dòng)化也正在成為脈搏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展方向。為減少人力物力的投入，并降低人為引入誤差，對(duì)脈

17、搏進(jìn)行機(jī)械化全自動(dòng)監(jiān)測(cè)已成為大勢(shì)所趨，而隨著處理器的發(fā)展，對(duì)脈搏自動(dòng)診斷分析功能也更強(qiáng)大。</p><p>　　2）將數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)用于脈搏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將會(huì)進(jìn)一步提高系統(tǒng)的集成度、便攜性、抗干擾性以及精確度。</p><p>　　3）單一功能的脈搏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)不到現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的要求，現(xiàn)在血氧、心電等參數(shù)也被慢慢融合到脈搏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，脈搏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將逐步實(shí)現(xiàn)更多的功能。&l

18、t;/p><p>　　1.3 課題主要研究?jī)?nèi)容</p><p>　　人體脈搏的正常范圍是每分鐘60~80次（嬰兒每分鐘120~140次；老年人脈搏頻率較慢，每分鐘約為55~60次）。由此可知人體的脈搏信號(hào)屬于低頻信號(hào)。本設(shè)計(jì)所要設(shè)計(jì)的脈搏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的基本功能包括：</p><p>　　1）通過(guò)光電傳感器將脈搏信號(hào)（生物信號(hào)）轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并進(jìn)行采集和存儲(chǔ)。<

19、;/p><p>　　2）對(duì)采集的脈搏信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，使其能夠與控制系統(tǒng)相兼容。</p><p>　　3）設(shè)計(jì)主控系統(tǒng)對(duì)脈搏信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)和顯示。</p><p>　　基于上述功能要求，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案為：</p><p>　　通過(guò)光電傳感器拾取脈搏信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為脈沖電信號(hào)，轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波、放大和整形處理后輸入單片機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)采集到5次脈搏

20、信號(hào)后，計(jì)算人體1min內(nèi)的脈搏次數(shù)，最終的結(jié)果顯示在液晶顯示器上。同時(shí)，為對(duì)脈搏異常實(shí)現(xiàn)預(yù)警，系統(tǒng)設(shè)置了報(bào)警功能，當(dāng)脈搏數(shù)超過(guò)系統(tǒng)設(shè)置的上下限范圍，則蜂鳴器報(bào)警進(jìn)行提示。</p><p>　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　脈搏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將采用脈搏信號(hào)變化會(huì)引起其他生物信號(hào)變化的特點(diǎn)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。系統(tǒng)進(jìn)而將該生物信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)測(cè)。</p><

21、p>　　本系統(tǒng)通過(guò)傳感器對(duì)脈搏信號(hào)進(jìn)行采集，傳感器接收端會(huì)接收到強(qiáng)弱不同信號(hào)，并將這種信號(hào)轉(zhuǎn)化為脈沖電信號(hào)輸出，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、放大和整形處理，輸入單片機(jī)的I/O口。單片機(jī)利用外部中斷對(duì)經(jīng)過(guò)處理的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，判斷是否超出上下限范圍，若超出范圍，則驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，并將一分鐘的脈搏次數(shù)顯示在液晶屏上[6]，若未超出范圍，則直接顯示脈搏次數(shù)。本設(shè)計(jì)中的脈搏數(shù)上下限范圍通過(guò)對(duì)按鍵的控制進(jìn)行調(diào)節(jié)。</p><p&g

22、t;　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框圖如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框圖</p><p>　　脈搏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)脈搏信號(hào)的有效檢測(cè)、可靠傳輸和處理顯示，因此脈搏傳感器的選型、主控電路的設(shè)計(jì)以及測(cè)量結(jié)果的顯示是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容。根據(jù)使用環(huán)境和條件的特殊性，脈搏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要具備輕便、靈活、可靠的特點(diǎn)。</p><p>　　2.1 傳感器的選型<

23、;/p><p>　　目前用于檢測(cè)脈搏信號(hào)的傳感器主要有壓電式傳感器、光電傳感器和集成傳感器。這幾種傳感器的檢測(cè)原理不同，優(yōu)缺點(diǎn)也不一樣[7]。</p><p><b>　　1）壓電式傳感器</b></p><p>　　一次性心電電極采用壓電式原理能夠方便的實(shí)現(xiàn)脈搏檢測(cè)，這種常用的壓電式傳感器采用印刷工藝加工制得。人體運(yùn)動(dòng)會(huì)引起心率脈搏的變化，對(duì)脈搏

24、檢測(cè)產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，為此，一次性心電電極將接口與敏感區(qū)分離設(shè)計(jì)以減少干擾。電極需要具備粘貼性高、導(dǎo)電性好、極化電壓低等特點(diǎn)。在測(cè)量脈搏時(shí)，需要將電極形成導(dǎo)聯(lián)，分別置于測(cè)量者的兩個(gè)手和左腿上。此傳感器雖然簡(jiǎn)單，但應(yīng)用性比較差。</p><p>　　目前一種新型的壓電傳感器因其靈敏度高，頻帶范圍寬而被廣泛應(yīng)用，這種壓電傳感器采用高分子壓電材料——聚偏氟乙烯研制而成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便[8]。該傳感器將手指前端在血壓下

25、的張弛信號(hào)進(jìn)行提取，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。</p><p>　　壓電式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用方便，帶寬大，性價(jià)比高。但是，其使用時(shí)需要直接接觸人體，易受肌肉抖動(dòng)產(chǎn)生干擾，并且容易受到外界其他信號(hào)的干擾。</p><p><b>　　2）光電傳感器</b></p><p>　　因?yàn)檠焊叨炔煌该鞯奶匦裕庹諏?duì)血液的穿透性比其他的一般組織要小很多。根據(jù)血液透

26、光性的特點(diǎn)，可以利用光電效應(yīng)來(lái)拾取脈搏信號(hào)[9]。對(duì)于反向偏壓的光敏二極管，在一定的光強(qiáng)范圍內(nèi)，其反向電流隨著光強(qiáng)的增大而增大，兩者呈線性關(guān)系。此特性決定了其能夠用于脈搏檢測(cè)，因?yàn)槭种付搜艿耐腹舛葧?huì)隨著心跳和脈搏而改變，這樣光電三極管就會(huì)接收到不同的光強(qiáng)，由此產(chǎn)生變化的光電流。</p><p>　　脈搏用光電傳感器分為紅外對(duì)管和紅外放射管兩種。</p><p>　　紅外對(duì)管式光電傳感器在

27、使用時(shí)需要夾在手指尖，當(dāng)心臟跳動(dòng)的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致手指端部的血液濃度發(fā)生變化，導(dǎo)致傳感器接收的信號(hào)也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化。但目前市場(chǎng)上的心率脈搏計(jì)普遍采用的是紅外放射管。這種光電傳感器接收端和發(fā)射端在手指同側(cè)，通過(guò)采集血液漫反射回來(lái)的光來(lái)精確測(cè)量血管容積變化情況。在應(yīng)用上更加的方便。</p><p>　　光電傳感器的結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，靈敏度相對(duì)較高，響應(yīng)速度快，使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用。但是由于外部的強(qiáng)光源會(huì)對(duì)測(cè)量

28、產(chǎn)生很大的干擾，導(dǎo)致測(cè)量的結(jié)果有誤差。</p><p><b>　　3）集成傳感器</b></p><p>　　為適應(yīng)市場(chǎng)的需要，很多集成心電傳感器已被開(kāi)發(fā)出來(lái)，這種傳感器集成了濾波、放大等抗干擾電路，具有很好的靈敏性, 能夠直接快速測(cè)量心率變化情況。但價(jià)格相對(duì)昂貴。</p><p>　　綜合對(duì)比三種傳感器的特點(diǎn)，光電傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉容

29、易買到，應(yīng)用方便，最適用于本脈搏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　2.2 主控模塊的選型</p><p>　　本課題最終的設(shè)計(jì)目標(biāo)是一個(gè)便攜式脈搏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠檢測(cè)脈搏波動(dòng)頻率。將單片機(jī)作為信息處理中心，能夠簡(jiǎn)單方便得實(shí)現(xiàn)主控功能。單片機(jī)種類多種多樣，需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求來(lái)進(jìn)行選型。</p><p><b>　　1）AVR單片機(jī)</b&g

30、t;</p><p>　　AVR單片機(jī)是ATMEL公司在1997年研制出來(lái)的，這種單片機(jī)采用的是Flash技術(shù)，擁有RISC的精簡(jiǎn)指令集。高速8位的AVR系列單片機(jī)具有豐富的片內(nèi)資源及強(qiáng)大的接口，還兼具低功耗等特點(diǎn)。其硬件采用哈佛結(jié)構(gòu)，具備1MIPS/MHz的高速運(yùn)行處理能力。另一特點(diǎn)是其快速的存取寄存器組和單周期指令系統(tǒng)，大大優(yōu)化了目標(biāo)代碼的大小、執(zhí)行效率，價(jià)格相對(duì)51單片機(jī)要高，指令集和位操作不如51單片機(jī)豐

31、富[10]。</p><p><b>　　2）凌陽(yáng)單片機(jī)</b></p><p>　　凌陽(yáng)單片機(jī)是一種基于SOC的一種新型的D/A混合系統(tǒng)級(jí)芯片。凌陽(yáng)單片機(jī)采用μ'nSPTM內(nèi)核，結(jié)構(gòu)為積木式，完美結(jié)合了通用結(jié)構(gòu)和可選結(jié)構(gòu)，這使得其能夠衍生出各種系列的派生產(chǎn)品，以適用不同的場(chǎng)合需求。同時(shí)凌陽(yáng)單片機(jī)增加了DSP的某些特殊指令；有些系列還嵌入了LCD控制/驅(qū)動(dòng)和雙

32、音多頻發(fā)生器功能。該單片機(jī)具有高集成度、D/A混合、高速度、低功耗、小體積等特點(diǎn)。但功能復(fù)雜，價(jià)格也相對(duì)較貴，在脈搏系統(tǒng)設(shè)計(jì)中會(huì)大材小用。</p><p>　　3）STC系列單片機(jī)</p><p>　　STC公司生產(chǎn)的STC89C52單片機(jī)功耗低、性能高，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52是功能與抗干擾性強(qiáng)的增強(qiáng)型51單片機(jī)。STC89C52的指令代碼完全兼容51單片機(jī)

33、，速度快，加密性好，抗干擾性強(qiáng)。STC單片機(jī)支持在線編程，使用很方便，燒寫程序的時(shí)候不用再反復(fù)插拔單片機(jī)，延長(zhǎng)了單片機(jī)的使用壽命。</p><p>　　脈搏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中沒(méi)有特別復(fù)雜的計(jì)算和控制程序，因此本設(shè)計(jì)對(duì)單片機(jī)的要求并不是很高，只需要實(shí)現(xiàn)對(duì)脈搏信號(hào)的采集和處理、計(jì)算、顯示和報(bào)警功能。對(duì)比幾種單片機(jī)，STC單片機(jī)應(yīng)用方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，能夠?qū)崿F(xiàn)脈搏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。所以，本設(shè)計(jì)中選擇STC89C5

34、2單片機(jī)作為主控模塊，它可以完成本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　2.3 顯示模塊的選型</p><p>　　脈搏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要對(duì)人體的脈搏進(jìn)行計(jì)數(shù)和報(bào)警功能，因此不僅要對(duì)人體一分鐘的脈搏次數(shù)進(jìn)行顯示，還需顯示脈搏的上下限。而脈搏波形對(duì)使用者來(lái)說(shuō)沒(méi)有太大的參考價(jià)值，因此，無(wú)需進(jìn)行顯示。而常用的顯示元件有點(diǎn)陣式數(shù)碼管、LED數(shù)碼管和LCD液晶顯示屏。</p><p&

35、gt;<b>　　1）點(diǎn)陣式數(shù)碼管</b></p><p>　　點(diǎn)陣式數(shù)碼管中的8×8點(diǎn)陣由64個(gè)發(fā)光二極管組成，每個(gè)發(fā)光二極管位于行線和列線的交叉點(diǎn)上。點(diǎn)陣式數(shù)碼管的功能主要顯示文字，但是它的價(jià)格相對(duì)比較高，如果只是用來(lái)顯示數(shù)字就會(huì)造成資源的浪費(fèi)[11]。因此，不適用于此設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　2）LED數(shù)碼管</b>&l

36、t;/p><p>　　LED數(shù)碼管是由多個(gè)封裝在一起的發(fā)光二極管組成的“8”字型器件。其通過(guò)動(dòng)態(tài)掃描法與單片機(jī)連接，占用的單片機(jī)口線較少。該數(shù)碼管價(jià)格適中，也適合用于數(shù)字顯示。由于它工作時(shí)動(dòng)態(tài)掃描的移位需要借助74LS164移位寄存器進(jìn)行，在電路調(diào)試的時(shí)候出現(xiàn)了很多問(wèn)題，對(duì)其應(yīng)用造成了很多的不便。因此LED數(shù)碼管不適用于此設(shè)計(jì)的顯示元件。</p><p>　　3）LCD液晶顯示屏</p&

37、gt;<p>　　LCD1602顯示器可以顯示字段或者字符。用作顯示字段時(shí)和LED的顯示類似，管腳上有對(duì)應(yīng)信號(hào)就可以進(jìn)行顯示。字符顯示是根據(jù)需要顯示基本字符。系統(tǒng)中采用LCD1602作為顯示器件輸出信息。LCD1602可以顯示2行16個(gè)漢字，本設(shè)計(jì)第一行顯示測(cè)得的脈搏次數(shù)，第二行顯示設(shè)定的報(bào)警范圍。</p><p>　　通過(guò)對(duì)比，本設(shè)計(jì)選用LCD1602液晶顯示屏作為顯示模塊。</p>

38、<p>　　3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　脈搏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由信號(hào)采集電路，濾波、放大和整形電路，主控模塊，按鍵電路，報(bào)警電路和顯示電路構(gòu)成。光電傳感器作為信號(hào)采集部分的核心采集人體的脈搏信號(hào)，并且以電壓信號(hào)的方式輸出。然后對(duì)脈搏信號(hào)進(jìn)行濾波，放大和整形處理，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后將處理后的脈搏信號(hào)變?yōu)轭l率一致的脈沖輸入到以單片機(jī)為核心的主控模塊中，對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)[12]。最后將脈搏

39、數(shù)通過(guò)顯示電路顯示在液晶屏上。系統(tǒng)通過(guò)按鍵電路設(shè)置脈搏上下限參數(shù)，通過(guò)報(bào)警電路對(duì)脈搏進(jìn)行報(bào)警提示。</p><p>　　系統(tǒng)硬件各部分的關(guān)系如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 脈搏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖</p><p><b>　　3.1 主控模塊</b></p><p>　　在本設(shè)計(jì)中利用STC89C52單

40、片機(jī)作為主控芯片，對(duì)一分鐘內(nèi)的脈搏次數(shù)進(jìn)行采集和分析，并且完成對(duì)LCD1602液晶屏的驅(qū)動(dòng)和對(duì)按鍵模塊的控制。</p><p>　　脈搏信號(hào)經(jīng)過(guò)采集、濾波、放大和整形后，輸入到單片機(jī)內(nèi)。單片機(jī)的觸發(fā)模式為負(fù)跳變中斷，所以每次脈沖的下降沿到達(dá)時(shí)就會(huì)觸發(fā)單片機(jī)產(chǎn)生中斷并對(duì)T0進(jìn)行計(jì)時(shí)，計(jì)算每一個(gè)脈沖的響應(yīng)時(shí)間；定時(shí)器T0設(shè)置為定時(shí)50ms中斷一次，然后執(zhí)行一次計(jì)數(shù)。當(dāng)采集到5次脈沖信號(hào)后，單片機(jī)經(jīng)過(guò)計(jì)算處理，把一分鐘

41、的脈搏次數(shù)輸出到顯示電路，即在LCD1602顯示結(jié)果。</p><p>　　主控模塊電路如圖3.2所示：</p><p>　　圖3.2 主控模塊電路</p><p>　　3.1.1 STC89C52單片機(jī)主要性能</p><p>　　1）一個(gè)8 位 CPU，由運(yùn)算器、控制器組成；</p><p>　　2）程序存儲(chǔ)器：4

42、KB片內(nèi)ROM；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：128B片內(nèi)RAM；</p><p>　　3）三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，可用作定時(shí)或者計(jì)數(shù)；其中定時(shí)器T0還可以當(dāng)成2個(gè)8位定時(shí)器使用；</p><p>　　4）四個(gè)8 位并行I/O 接口P0~P3，作為輸入/輸出用；一個(gè)全雙工串行口UART，用于串行通信；</p><p>　　5）五個(gè)中斷源，兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)；</p>&l

43、t;p>　　6）時(shí)鐘脈沖由片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路OSC提供。石英晶體和和微調(diào)電容要外接頻率范圍為1.2MHz~12MHz。</p><p>　　7）一個(gè)看門狗定時(shí)器；</p><p>　　8）芯片內(nèi)置EEPROM功能；</p><p>　　9）低功耗模式有空閑模式和掉電模式，且具有掉電模式下的中斷恢復(fù)模式。</p><p>　　3.1

44、.2 STC89C52單片機(jī)基本組成</p><p>　　STC89C52單片機(jī)的基本組成框圖見(jiàn)圖3.3所示。 </p><p>　　圖3.3 STC89C52單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖 </p><p>　　3.1.3 STC89C52單片機(jī)引腳說(shuō)明</p><p>　　STC89C52單片機(jī)的引腳圖見(jiàn)圖3.4所示。</p><p&

45、gt;　　圖3.4 STC89C52單片機(jī)引腳圖</p><p><b>　　電源和時(shí)鐘引腳</b></p><p>　　VCC（40腳）：+5V電源。</p><p>　　VSS（20腳）：數(shù)字地。</p><p>　　XTAL2(18 腳)：外接晶振端，片內(nèi)反相放大器的輸出端。當(dāng)使用外部時(shí)鐘源時(shí)，本腳懸空。<

46、/p><p>　　XTAL1(19 腳)：外接晶振端，片內(nèi)反相放大器的輸入端。外接時(shí)鐘源時(shí)，該腳接外部時(shí)鐘振蕩器的信號(hào)。</p><p>　　2）控制信號(hào)引腳RST，ALE，PSEN和EA：</p><p>　　RST/VPD(9 腳)：復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。晶振工作時(shí)，RST引腳保持兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位；第二功能VPD，備用電源的輸入端。<

47、/p><p>　　ALE/PROG(30 腳)：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，ALE作為鎖存低8位地址的控制信號(hào)。不訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，ALE引腳周期性的以1/6振蕩器頻率向外輸出正脈沖信號(hào)。</p><p>　　PSEN(29 腳)：程序存儲(chǔ)允許輸出端，低電平有效。訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，此端口定時(shí)輸出負(fù)脈沖作為讀選通信號(hào)。</p><p>　　EA/Vpp(31

48、腳)：外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端/固化編程電壓輸入端。當(dāng)引腳接高電平時(shí)，CPU只訪問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，但是當(dāng)PC值超過(guò)0FFFH時(shí)，將自動(dòng)訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器。當(dāng)EA低電平時(shí)，CPU只訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　3）輸入/輸出端口P0/P1/P2/P3：</p><p>　　P0口(P0.0～P0.7，39~32 腳)：漏極開(kāi)路8位雙向I/0口，負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力為每位8個(gè)LS型TT

49、L。</p><p>　　P1口(P1.0～P1.7，1~8 腳)：P1是—個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，P1口可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。</p><p>　　P2口(P2.0～P2.7，21~28 腳)：P2口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8 位準(zhǔn)雙向I/O口。P2可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。</p><p>　　P3口(P3.0～P3.7，10~17 腳)：P

50、3口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8 位準(zhǔn)雙向I/O口。P3口每個(gè)引腳還具有第二功能，如下：</p><p>　　P3.0：(RXD)串行數(shù)據(jù)輸入口；</p><p>　　P3.1：(TXD)串行數(shù)據(jù)輸出口；</p><p>　　P3.2：(INT0#)外部中斷0輸入；</p><p>　　P3.3：(INT1#)外部中斷1輸入；</p>

51、<p>　　P3.4：(T0)定時(shí)0的外部計(jì)數(shù)輸入；</p><p>　　P3.5：(T1)定時(shí)1的外部計(jì)數(shù)輸入；</p><p>　　P3.6：(WR#)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通輸入；</p><p>　　P3.7：(RD#)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通輸入。</p><p>　　3.1.4 復(fù)位電路</p><p&g

52、t;　　當(dāng)單片機(jī)RST引腳上接收到2us以上的電平信號(hào)時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位，使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開(kāi)始工作。如果單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)不可靠就會(huì)引起“死機(jī)”、或“程序走飛”等現(xiàn)象[13]。我們可以通過(guò)對(duì)按鍵的控制來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位操作。單片機(jī)復(fù)位電路如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.5 單片機(jī)復(fù)位電路圖</p><p>　　3.1.5 時(shí)鐘電路&l

53、t;/p><p>　　時(shí)鐘電路就是一個(gè)振蕩器，產(chǎn)生單片機(jī)工作時(shí)所必需的控制信號(hào)，在時(shí)鐘信號(hào)的控制下，嚴(yán)格按時(shí)序執(zhí)行指令。STC89C52內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種是外部時(shí)鐘方式。</p><p>　　在內(nèi)部時(shí)鐘電

54、路中，C1和C2選擇了20pF，晶振頻率為12MHz。外接時(shí)鐘電路，常用于多片STC89C52同時(shí)工作，以便于多片STC89C52單片機(jī)之間的同步。外部時(shí)鐘源直接接到XTAL1端，XTAL2端懸空。在本設(shè)計(jì)中選用了內(nèi)部時(shí)鐘電路，晶振為12MHz，單片機(jī)工作的機(jī)器周期為1μs。</p><p>　　內(nèi)部時(shí)鐘方式電路如圖3.6所示，外部時(shí)鐘電路如圖3.7所示。</p><p>　　圖3.6 內(nèi)

55、部時(shí)鐘方式電路</p><p>　　圖3.7 外部時(shí)鐘方式電路</p><p>　　3.2 信號(hào)采集與處理電路設(shè)計(jì)</p><p>　　信號(hào)采集電路的功能是通過(guò)光電傳感器采集脈搏信號(hào)。因?yàn)椴杉降碾娦盘?hào)比較微弱，一般為毫伏級(jí)別[14]。所以需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，放大到幾伏左右才能被整形電路處理，經(jīng)過(guò)放大后的脈搏信號(hào)波形還是很不規(guī)則，不利于單片機(jī)處理，輸入到電壓滯回電

56、路對(duì)其進(jìn)行處理，輸出規(guī)則的脈沖波送到單片機(jī)[15]。信號(hào)采集與處理的電路結(jié)構(gòu)框圖如圖3.8所示。</p><p>　　圖3.8 信號(hào)采集與處理</p><p><b>　　光電傳感器原理</b></p><p><b>　　1）光電傳感器結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　采集裝置采用的是ST188

57、光電傳感器，它是由高發(fā)射功率紅外二極管和高靈敏度光電晶體管組成的[16]。當(dāng)光從紅外二極管發(fā)射出來(lái)時(shí)，基本上可以避免由于呼吸運(yùn)動(dòng)對(duì)脈搏信號(hào)造成的干擾。在光源的照射下紅外接收三極管就會(huì)有電能產(chǎn)生，光電傳感器的作用就是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)[17]。在本設(shè)計(jì)中，紅外接收三極管和紅外發(fā)射二極管要放置到指向特性良好的一個(gè)位置，這樣采集到的信號(hào)比較準(zhǔn)確。結(jié)構(gòu)如圖3.9所示。</p><p>　　圖3.9光電傳感器結(jié)構(gòu)圖<

58、;/p><p>　　2）光電傳感器檢測(cè)原理</p><p>　　檢測(cè)原理是：當(dāng)心臟收縮和舒張時(shí)，人體組織半透明度就會(huì)發(fā)生改變：當(dāng)血液流過(guò)人體組織的時(shí)候，人體組織的半透明度就會(huì)變?。划?dāng)血液流到心臟，人體組織的半透明度就會(huì)變大，在人體組織中出現(xiàn)這種現(xiàn)象最明顯的部位一般為手指尖和耳垂尖[18]。所以本設(shè)計(jì)通過(guò)把手指尖放到光源產(chǎn)生的紅外線上，然后光敏三極管接收從手指組織中反射和衰減后的透射光，最后轉(zhuǎn)換

59、成電信號(hào)輸出。手指中的動(dòng)脈血在血液流過(guò)時(shí)會(huì)有周期性的變化，因此它對(duì)光的衰減和反射也會(huì)有周期性的變化，所以紅外接收三極管輸出信號(hào)的變化間接表明了動(dòng)脈的波動(dòng)變化。于是我們只要把輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖，在對(duì)其進(jìn)行整形后進(jìn)行顯示，這樣就可以監(jiān)測(cè)脈搏頻率的變化。</p><p>　　光電傳感器采集脈搏信號(hào)的電路如圖3.10所示，圖中為光源的發(fā)射管和紅外接收三極管，考慮到紅外接收管對(duì)光的靈敏度，最終R4的阻值選為330Ω[1

60、9]。如果R4的阻值偏大，通過(guò)紅外發(fā)射二極管中的電流就會(huì)很小，紅外接收三極管就不能準(zhǔn)確的判斷是否有脈沖。反之，如果R4偏小，通過(guò)發(fā)射管的電流就會(huì)非常大，紅外接收三極管也不能準(zhǔn)確的判斷是否有脈沖信號(hào)。</p><p>　　圖3.10 傳感器采集脈搏信號(hào)</p><p>　　經(jīng)光電傳感器輸出的脈搏波形如圖3.11所示：</p><p>　　圖3.11 光電傳感器輸出

61、的脈搏波形</p><p>　　由圖中可以看出，光電傳感器采集的信號(hào)存在很多毛刺，波形也不規(guī)整。由于外部環(huán)境的變化，以及系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的不完善等原因會(huì)對(duì)脈搏信號(hào)的檢測(cè)造成很大干擾，在信號(hào)中添加大量噪聲，同時(shí)也會(huì)引起波形的畸變，這將直接影響后續(xù)的脈搏檢測(cè)精度。因此，把傳感器采集到的脈搏信號(hào)進(jìn)行濾波處理，減小噪聲干擾，提高信號(hào)的信噪比。</p><p><b>　　濾波電路</b

62、></p><p>　　當(dāng)測(cè)量者把手指放到光電傳感器上方時(shí)，會(huì)出現(xiàn)無(wú)脈期和有脈期。無(wú)脈期的時(shí)候即使發(fā)射出來(lái)的紅外光被手指遮擋了，接收裝置中也會(huì)有暗電流的存在，就會(huì)導(dǎo)致輸出端的電壓偏低。當(dāng)在有脈期的時(shí)候，手指的透光性由于存在脈搏的波動(dòng)就是變?nèi)?，?dǎo)致接收裝置中的暗電流偏小，輸出的電壓就會(huì)比正常時(shí)高[20]。由于人體的脈搏波信號(hào)的頻率一般在0.6到6Hz左右，從傳感器輸出來(lái)的信號(hào)存在直流分量，本設(shè)計(jì)采用了截止頻率

63、為0.67Hz的一階無(wú)源高通濾波器來(lái)濾除。一階高通濾波器如圖3.12所示：</p><p>　　圖3.12 一階高通濾波器</p><p>　　一階高通濾波器的特性指標(biāo)如下：</p><p><b>　　幅頻特性：</b></p><p><b>　　相頻特性：</b></p><

64、;p>　　截止頻率：，fc為截止頻率=0.66Hz。</p><p>　　通過(guò)高通濾波器后再把信號(hào)加到二階RC低通濾波器，濾除高頻干擾信號(hào)，然后加到線性放大輸入端。整體濾波電路如圖3.13所示：</p><p>　　圖3.13 濾波電路</p><p>　　二階RC低通濾波器特性指標(biāo)如下：</p><p><b>　　幅頻特

65、性：</b></p><p><b>　　截止角頻率：</b></p><p>　　截止頻率為：=6Hz</p><p><b>　　放大電路</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)在放大電路部分采用了LM358芯片，LM358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合

66、于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合 LM358 的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。LM358的引腳如圖3.14所示。</p><p>　　圖3.14 LM358的引腳圖</p><p>　　LM358各個(gè)引腳功能介紹如表3.1所示

67、：</p><p>　　表3.1 LM358各引腳功能</p><p>　　LM358的第一個(gè)運(yùn)算放大器在本設(shè)計(jì)中組成了放大電路，放大倍數(shù)由R12和R13的比值決定。放大電路如圖3.15所示。</p><p>　　圖3.15 放大電路</p><p><b>　　電路的放大倍數(shù)：</b></p><

68、p>　　經(jīng)濾波放大后輸出的信號(hào)如圖3.16。</p><p>　　圖3.16濾波放大后輸出的信號(hào)</p><p>　　圖中為脈搏信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波和放大后的波形，但是從圖中可以看到，經(jīng)過(guò)處理得到的波形依舊不規(guī)則，每個(gè)周期中有一段幅值跌落，作為脈沖信號(hào)進(jìn)行后續(xù)脈搏數(shù)計(jì)算時(shí)容易造成計(jì)數(shù)錯(cuò)誤，影響計(jì)數(shù)精度。因此，需要對(duì)放大后的波形進(jìn)行整形處理。</p><p><b

69、>　　整形電路</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)放大濾波后的脈搏信號(hào)還不是理想的信號(hào)，并且還存在低頻部分的干擾，不能很好的被單片機(jī)識(shí)別，所以還要采用整形電路，在本設(shè)計(jì)中LM358的第二個(gè)運(yùn)算放大器和R6、R10一起組成了電壓比較器，最終輸出的就是兩種狀態(tài)，即高低電平從而被單片機(jī)采集。當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，LM358在比較器輸入信號(hào)的每個(gè)下降沿到來(lái)時(shí)輸出低電平，用發(fā)光二極管作為脈搏信號(hào)測(cè)量狀態(tài)的顯示，脈

70、搏每跳動(dòng)一次發(fā)光二極管就會(huì)亮一次。同時(shí)，該脈沖電平就會(huì)送到單片機(jī)/INTO腳，對(duì)脈搏頻率進(jìn)行計(jì)算和顯示。R6和R10通過(guò)分壓提供參考電壓，R9用來(lái)調(diào)節(jié)靈敏度。為了在測(cè)量時(shí)判斷脈搏狀態(tài)， 在LM358上接了一個(gè)LED燈。對(duì)脈搏波形的整形電路部分如圖3.17所示。</p><p>　　圖3.17波形整形電路</p><p>　　經(jīng)過(guò)整形后的脈沖波形如圖3.18所示：</p>&l

71、t;p>　　圖3.18整形后的脈沖波形</p><p>　　從圖中可以看出，經(jīng)過(guò)整形后的脈沖波形良好，改善了之前幅值跌落的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)濾波放大和整形之后，脈搏信號(hào)能夠用于下一步的處理計(jì)算。</p><p><b>　　按鍵電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)所使用的按鍵為獨(dú)立按鍵，按鍵的一端接單片機(jī)的I/O口，另一端接地。單片機(jī)的

72、每個(gè)I/O口都有內(nèi)部上拉電阻，所以當(dāng)沒(méi)有按鍵按下的時(shí)候，單片機(jī)I/O檢測(cè)到的是高地平。當(dāng)檢測(cè)到有按鍵按下的時(shí)候，單片機(jī)I/O直接和地相連，單片機(jī)檢測(cè)的到的是低電平，所以可以通過(guò)檢測(cè)單片機(jī)I/O口的高低電平就可以判斷哪一個(gè)按鍵按下。</p><p>　　按鍵電路如圖3.19所示：</p><p>　　圖3.19 按鍵電路</p><p><b>　　蜂鳴器電

73、路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的脈搏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在測(cè)量得到的脈搏次數(shù)不在設(shè)定的范圍內(nèi)，單片機(jī)就會(huì)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。因?yàn)榉澍Q器的工作電流比較大，所以單片機(jī)的I/O口不能直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲，本設(shè)計(jì)利用PNP型三極管對(duì)蜂鳴器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，當(dāng)三極管的基極為低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警；當(dāng)三極管的基極為高電平時(shí)，三極管關(guān)閉，蜂鳴器不發(fā)聲。</p><p>　　蜂鳴器電路如圖3

74、.20所示：</p><p>　　圖3.20 蜂鳴器電路</p><p><b>　　顯示電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)需要對(duì)測(cè)得的脈搏次數(shù)和設(shè)定的脈搏范圍進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，于是采用LCD1602作為顯示屏，可以清晰的顯示測(cè)得的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的要求。</p><p><b>　　液晶模塊簡(jiǎn)介</

75、b></p><p>　　LCD1602的含義是它顯示容量16×2 個(gè)字符，它可以顯示字符或者數(shù)字，不能顯示漢字。LCD1602液晶模塊采用的控制器為HD44780，控制原理和市面上大多數(shù)字符液晶是一樣的。LCD1602的引腳圖如圖3.21所示：</p><p>　　圖3.21 LCD1602引腳圖</p><p>　　LCD1602液晶

76、也被稱為L(zhǎng)CD1602字符型液晶，因?yàn)樗淖饔镁褪菍ｉT用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型的液晶模塊。它的組成是由若干個(gè)5×7或5×11等點(diǎn)陣字符，每一個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每個(gè)字符位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，因此起到了字符間距和行間距的作用，但是正因?yàn)槿绱怂荒芎芎玫仫@示圖形。</p><p>　　液晶寄存器選擇控制如表3.2所示：</p><p&g

77、t;　　表3.2寄存器選擇控制</p><p>　　LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，如表3.3所示：</p><p>　　表3.3 LCD1602的管腳功能</p><p>　　液晶顯示部分與STC89C52的接口</p><p>　　如圖3.15所示。用STC89C52的P0口作為數(shù)據(jù)線，用P1.2、P1.1、P1.0分別作為L(zhǎng)CD1

78、602的EN、R/W、RS。其中EN的觸發(fā)方式為負(fù)跳變，R/W是讀寫選擇端，RS是數(shù)據(jù)命令選擇端。</p><p>　　LCD1602與STC89C52的引腳連接圖如圖3.22所示：</p><p>　　圖3.22 LCD1602與STC89C52的引腳連接圖</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p>&l

79、t;p>　　本設(shè)計(jì)的STC89C52單片機(jī)作為主要芯片，脈搏監(jiān)測(cè)硬件系統(tǒng)需要對(duì)其設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件部分來(lái)實(shí)現(xiàn)脈搏監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)的軟件部分主要包括：對(duì)單片機(jī)的控制程序、按鍵程序、顯示程序和中斷程序[21]。該系統(tǒng)軟件要可以實(shí)現(xiàn)各模塊之間的聯(lián)系和控制，對(duì)脈搏信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和結(jié)果計(jì)算，并在液晶屏上顯示被測(cè)者一分鐘的脈搏數(shù)的功能。</p><p>　　4.1 系統(tǒng)主程序流程</p><p>　　單片

80、機(jī)的運(yùn)行方式由系統(tǒng)主程序進(jìn)行控制。當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始工作后，要先進(jìn)行初始化操作，首先對(duì)1602進(jìn)行初始化，然后定時(shí)器T0初始化，對(duì)外部中斷T0初始化。初始化程序的目的主要是為了對(duì)定時(shí)器的工作方式、單片機(jī)內(nèi)專用寄存器、以及各端口的工作狀態(tài)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。初始化完成后，需要對(duì)相應(yīng)的硬件電路進(jìn)行操作，將硬件電路與定時(shí)器T0中斷、外部中斷，還有顯示部分的程序相對(duì)應(yīng)。</p><p>　　系統(tǒng)主程序流程如圖4.1所示。</p&

81、gt;<p>　　圖 4.1 主程序流程圖</p><p>　　4.2 按鍵程序流程設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)初始化完成后，對(duì)每一個(gè)按鍵的狀態(tài)依次進(jìn)行判斷。如果檢測(cè)到某一按鍵按下，則進(jìn)行該按鍵對(duì)應(yīng)操作，直到按鍵全部檢測(cè)完成。流程圖如4.2所示：</p><p>　　圖4.2 按鍵子模塊流程圖</p><p>　　蜂鳴器報(bào)警

82、程序流程設(shè)計(jì)</p><p>　　當(dāng)單片機(jī)采集到5次脈沖后，計(jì)算顯示使用者一分鐘內(nèi)的脈搏次數(shù)。然后對(duì)測(cè)得的數(shù)值與設(shè)定值進(jìn)行比較，如果該數(shù)值大于設(shè)定的搏動(dòng)上限，則蜂鳴器報(bào)警提示；或者如果小于設(shè)定的搏動(dòng)下限，蜂鳴器也會(huì)報(bào)警。蜂鳴器報(bào)警的流程如圖4.3所示：</p><p>　　圖4.3 蜂鳴器報(bào)警流程</p><p>　　定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷程序流程的設(shè)計(jì)</p&g

83、t;<p>　　初始化定時(shí)器T0，裝入初值，50ms后定時(shí)器T0中斷一次。每50ms計(jì)數(shù)一次，如果超過(guò)1.5s沒(méi)有檢測(cè)到脈沖信號(hào)則LCD停止顯示。允許T0外部中斷，當(dāng)P3.2腳發(fā)生負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行T0外部中斷，算出每次脈沖的間隔時(shí)間，測(cè)得5次脈沖后算出平均值，計(jì)算后顯示1分鐘內(nèi)的脈搏次數(shù)。T0中斷流程如圖4.4所示。</p><p>　　圖4.4 T0中斷流程</p><p>

84、　　4.5 顯示程序流程的設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)通過(guò)LCD1602來(lái)顯示人體的脈搏頻率，屏幕顯示實(shí)時(shí)的脈搏次數(shù)和設(shè)定的脈搏上下限。采用LCD1602的動(dòng)態(tài)顯示方式把需要的結(jié)果進(jìn)行顯示。取出中斷程序的結(jié)果后進(jìn)行延時(shí)顯示。其數(shù)據(jù)口為P0口。</p><p>　　sbit RS = P1^0； //H數(shù)據(jù)，L指令</p><p>　　sbit RW =

85、P1^1； // H讀，L寫</p><p>　　sbit E = P1^2； //使能信號(hào)，控制其工作</p><p>　　#define LCD_Data P0 //數(shù)據(jù)口</p><p>　　顯示模塊流程如圖4.5所示。</p><p>　　圖4.5 顯示程序流程圖</p><p><b>

86、;　　5 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，可以分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試兩部分。在本設(shè)計(jì)中采用了模塊化的設(shè)計(jì)，這樣在調(diào)試的時(shí)候可以分步檢測(cè)。脈搏監(jiān)測(cè)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電路為手工焊接，主要檢測(cè)焊接點(diǎn)和電路是否正確。軟件部分的設(shè)計(jì)包含了很多子程序，比如按鍵程序、中斷程序、液晶顯示程序、報(bào)警程序等，通過(guò)分模塊調(diào)試字程序，最后實(shí)現(xiàn)了與硬件電路的聯(lián)調(diào)。在調(diào)試結(jié)果里把實(shí)驗(yàn)得到的脈搏次數(shù)和實(shí)際

87、脈搏次數(shù)進(jìn)行比較，對(duì)存在的誤差進(jìn)行處理。</p><p><b>　　5.1 調(diào)試結(jié)果</b></p><p><b>　　1）放大倍數(shù)的增加</b></p><p>　　把示波器加到傳感器的輸出端進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)了波形很小的脈沖，把示波器加到整形電路的后邊，發(fā)現(xiàn)波形還是不清晰。這時(shí)候就應(yīng)該是放大的倍數(shù)不夠，改變電阻R12

88、和R13的阻值增加電路的放大倍數(shù)。</p><p><b>　　2）時(shí)鐘的調(diào)試</b></p><p>　　內(nèi)部定時(shí)器T0的一些參數(shù)可以通過(guò)晶體振蕩器的頻率得到，系統(tǒng)運(yùn)行后，可以用秒表對(duì)其進(jìn)行校正，然后比較誤差的大小，進(jìn)而來(lái)修改程序中內(nèi)部定時(shí)器T0的一些參數(shù)，得到準(zhǔn)確的時(shí)鐘。</p><p><b>　　3）開(kāi)機(jī)后無(wú)顯示</b&

89、gt;</p><p>　　先看看電源是不是有交流，如果不存在交流，那么可能是變壓器壞了或者保險(xiǎn)燒了，如果有存在交流，那么看看是不是有直流，如果沒(méi)有直流，那么肯定是電源壞了。</p><p>　　4）顯示正常但經(jīng)適當(dāng)運(yùn)動(dòng)后測(cè)量，脈搏次數(shù)沒(méi)有增加</p><p>　　可能是前置放大級(jí)有問(wèn)題，可采用更換的辦法判斷并排除。</p><p>　　5）

90、進(jìn)人測(cè)量狀態(tài)，但測(cè)量值不穩(wěn)定</p><p>　　主要是光電傳感器受到電磁波等干擾，其次是損壞或有虛焊。</p><p>　　6）開(kāi)機(jī)后顯示不正常或按鍵失靈</p><p>　　可查手指擺放的位置或按鍵電路，若無(wú)故障則是硬件損壞。</p><p>　　經(jīng)過(guò)一系列的問(wèn)題查找后系統(tǒng)最終能正常工作，并完成所有的功能。</p><

91、p><b>　　誤差分析</b></p><p>　　通過(guò)對(duì)人體脈搏信號(hào)的多次測(cè)量，比較測(cè)量值和人體實(shí)際脈搏值，然后對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行誤差的分析。誤差對(duì)比分析結(jié)果如表5.1所示：</p><p><b>　　表5.1誤差分析表</b></p><p>　　表5.1列出的測(cè)量值，存在誤差，由于傳感器和其他器件本身并非理想線

92、性，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了線性補(bǔ)償。</p><p><b>　　由均方差公式得：</b></p><p><b>　　=0.59</b></p><p>　　誤差分析：經(jīng)校準(zhǔn)，非線性補(bǔ)償后，誤差以基本達(dá)到要求。</p><p><b>　　6 系統(tǒng)檢驗(yàn)</b></p>

93、<p>　　系統(tǒng)初始化完成后等待測(cè)量脈搏，如圖6.1所示。</p><p>　　圖6.1 系統(tǒng)初始化完成</p><p>　　測(cè)量結(jié)果在設(shè)定的范圍內(nèi)，如圖6.2所示。</p><p>　　圖6.2 脈搏在正常范圍</p><p>　　測(cè)量范圍超過(guò)設(shè)定的下限范圍，蜂鳴器報(bào)警提示，如圖6.3所示。</p><p&g

94、t;　　圖6.3 脈搏次數(shù)小于下限</p><p>　　超過(guò)設(shè)定的上限范圍，報(bào)警提示，如圖6.4所示。</p><p>　　圖6.4 脈搏次數(shù)超過(guò)上限</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　脈搏監(jiān)測(cè)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括硬件和軟件兩部分。根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)的功能，最終確定了基于光電傳感器的脈搏監(jiān)測(cè)系

95、統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。脈搏監(jiān)測(cè)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用光電傳感器來(lái)采集人體的脈搏信號(hào)，為實(shí)現(xiàn)傳感器信號(hào)和單片機(jī)接口的匹配，需要對(duì)采集到的脈搏信號(hào)進(jìn)行濾波處理，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和整形。單片機(jī)接收到調(diào)理之后的脈搏信號(hào)后，利用單片機(jī)自身的定時(shí)中斷、外部中斷、計(jì)數(shù)等功能對(duì)其進(jìn)行測(cè)量統(tǒng)計(jì)，計(jì)算得到脈搏信號(hào)頻率。然后通過(guò)LCD1602液晶顯示屏把計(jì)算得到的脈搏次數(shù)進(jìn)行顯示。此外，脈搏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還具有報(bào)警功能，通過(guò)對(duì)按鍵的控制可以調(diào)節(jié)脈搏次數(shù)的上限和下限，并在液晶

96、屏中第二行進(jìn)行顯示，如果測(cè)得的脈搏次數(shù)超出了預(yù)先設(shè)定的脈搏范圍，就會(huì)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)報(bào)警提示。</p><p>　　雖然設(shè)計(jì)的脈搏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了脈搏檢測(cè)及報(bào)警功能，但設(shè)計(jì)仍然存在一些不足之處：1、光電傳感器靈敏度比較低，在測(cè)量脈搏時(shí)需要反復(fù)調(diào)整手指按壓的位置和力度才能被傳感器采集；2、系統(tǒng)硬件電路板不夠美觀，穩(wěn)定性有待進(jìn)一步提高；3、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示內(nèi)容單一，人性化還不足。</p><

97、p><b>　　致 謝</b></p><p>　　時(shí)光飛逝，歲月荏苒，四年的時(shí)間一晃而過(guò)，而畢業(yè)設(shè)計(jì)也將為這青春美好的大學(xué)時(shí)光畫上句號(hào)。四年里有過(guò)成功有過(guò)失敗，也曾歡喜也曾憂愁，大學(xué)生活像一幅五彩斑斕的畫卷，值得留戀，耐人尋味。大學(xué)，開(kāi)啟了我們?nèi)松娜抡鞒蹋涗浟宋覀兦啻旱牡沧?，也承載了我們的理想與信念。大學(xué)生涯雖然只有短短四載，但各位老師、同學(xué)以及家人朋友的關(guān)心和幫助給予了

98、我莫大的支持和鼓勵(lì)。正是老師和同學(xué)的幫助，我才得以順利完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，并學(xué)到了更多的知識(shí)，通過(guò)大學(xué)的最后一項(xiàng)課程。在此，請(qǐng)?jiān)试S我對(duì)你們表示感謝。</p><p>　　首先，我要衷心的感謝四年里的所有授課老師，是你們淵博的知識(shí)，豐富了我干涸的心田；是你們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，給予我鉆研向上的認(rèn)真態(tài)度；是你們高尚的情操，感染我嚴(yán)以修身，儉以養(yǎng)德。同時(shí)，要特別感謝這次課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師，感謝您提供了相關(guān)的資料，對(duì)我的課程設(shè)

99、計(jì)給予的指導(dǎo)和支持。是您的幫助使我順利圓滿的完成了此次課稱設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)。在此，向老師表示誠(chéng)心的感謝！ </p><p>　　感謝所有的同學(xué)們，和你們共同進(jìn)步的日子，我學(xué)到了很多。你們的優(yōu)秀激勵(lì)我更加的努力；你們的勤勞提醒我不忘刻苦；你們的關(guān)愛(ài)給予我前行的動(dòng)力。三人行，必有我?guī)熝伞Ｅc你們同行的四年里，我收益頗豐，為我以后的學(xué)習(xí)生活添光添彩。感謝你們?cè)谖业纳钪薪o我點(diǎn)點(diǎn)滴滴的關(guān)心，感謝你們?cè)趯W(xué)習(xí)中對(duì)我的幫助。</p

100、><p>　　在此也向其他未提及的給過(guò)我?guī)椭椭С值挠H朋好友們表示感謝，感謝你們對(duì)我的關(guān)心。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　1 趙學(xué)玲.基于脈搏波的無(wú)創(chuàng)心血管檢測(cè)技術(shù)若干關(guān)鍵問(wèn)題的研究[學(xué)位論文].天津大學(xué),2009</p><p>　　2 馬利娜.基于ARM9的便攜式脈搏波分析

101、診斷儀設(shè)計(jì)[學(xué)位論文].廈門大學(xué),2009</p><p>　　3 朱筱瑋,朱新亞.腕帶式脈搏計(jì)的研制.西安工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2001,21(4)：349~351</p><p>　　4 余冬.基于單目視覺(jué)的脈搏信號(hào)檢測(cè)研究[學(xué)位論文].蘭州理工大學(xué),2007</p><p>　　5 張亮.脈象采集系統(tǒng)的研制[學(xué)位論文].東北師范大學(xué),2005</p>

102、<p>　　6 韓清鵬.脈搏信號(hào)的非線性分析及其不同情緒和環(huán)境的影響研究[學(xué)位論文].浙江大學(xué),2007</p><p>　　7 姜斌,宋蜇存,于鵬.脈象傳感器的發(fā)展概況.科技資訊,2007(5)：18~18</p><p>　　8 葉昌印.自體血液回收機(jī)儲(chǔ)血罐結(jié)構(gòu)與性能分析.浙江省醫(yī)學(xué)會(huì)醫(yī)學(xué)工程學(xué)分會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì).2011：126~128</p><p

103、>　　9 韓智.基于嵌入式微處理器的FIR濾波器設(shè)計(jì)[學(xué)位論文].東南大學(xué),2005</p><p>　　10 應(yīng)錕.基于單片機(jī)的電子萬(wàn)年歷設(shè)計(jì).中國(guó)科技博覽,2011(15)：243~243</p><p>　　11 Mclaughlin J,Mcneill M,Braun B,et al.Piezoelectric sensor determination of arter

104、ial pulse wave velocity.Physiological Measurement,2003,24(3)：693~702</p><p>　　12 王晉.血管硬度測(cè)量?jī)x的研制[學(xué)位論文].重慶大學(xué),2003</p><p>　　13 張瑞鋒,陳亞,江岸.基于Android平臺(tái)智能燈光藍(lán)牙控制系統(tǒng)的研發(fā).湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2013,27(6)：78~82</p>

105、;<p>　　14 丁敏.基于數(shù)字顯示的脈搏計(jì)的設(shè)計(jì).科技信息,2011(28)：103~103</p><p>　　15 趙慧萍,柳建光.基于單片機(jī)控制系統(tǒng)的幾種實(shí)用抗千擾措施.中國(guó)集成電路, 2012(1)：65~70</p><p>　　16 張桀,孫建軍.基于單片機(jī)的便攜式心率測(cè)試儀設(shè)計(jì).電子世界,2012(6)：29~29</p><p&g

106、t;　　17 Sterritt R,Bustard D.A health-check model for autonomic systems based on a pulse monitor.Knowledge Engineering Review,2006，21(3)：195~204</p><p>　　18 何偉城,陳進(jìn)軍.基于紅外方式的嵌入式人體心率檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì).現(xiàn)代計(jì)算機(jī)：專業(yè)版,2011(4)：95

107、~97</p><p>　　19 Ni X, Luo D, Yang Y. Design of pulse detection system for Measurement While Drilling based on GRNN[C]// Information and Automation (ICIA) , 2010 IEEE International Conference on.2010：2182~21

108、85</p><p>　　20 王麗英.基于光電技術(shù)的脈搏測(cè)量方法.電子設(shè)計(jì)工程,2006(5)：32~34</p><p>　　21 劉行景,符意德.單片機(jī)時(shí)間控制器.機(jī)械制造與自動(dòng)化,1993(6)：30~31</p><p>　　附錄A：系統(tǒng)整體原理圖</p><p><b>　　附錄B：系統(tǒng)源程序</b>&l

109、t;/p><p>　　#include <reg52.h> //調(diào)用單片機(jī)頭文件</p><p>　　#define uchar unsigned char //無(wú)符號(hào)字符型 宏定義變量范圍0~255</p><p>　　#define uint unsigned int //無(wú)符號(hào)整型 宏定義變量范圍0~65535</p&g

110、t;<p>　　#include <intrins.h></p><p>　　bit flag_300ms ;</p><p>　　uchar menu_1; //菜單設(shè)計(jì)的變量</p><p>　　sbit beep = P3^7; //蜂鳴器IO口定義</p><p>　　uchar flag_200

111、ms ;</p><p>　　uchar code table_num[]="0123456789abcdefg";</p><p>　　sbit rs=P1^0; //寄存器選擇信號(hào) H:數(shù)據(jù)寄存器 L:指令寄存器</p><p>　　sbit rw=P1^1; //寄存器選擇信號(hào) H:數(shù)據(jù)寄存器 L:指令寄存器</p>

112、<p>　　sbit e =P1^2; //片選信號(hào) 下降沿觸發(fā)</p><p>　　unsigned char i=0,timecount=0,displayOK=0,rate=0,aa=0;</p><p>　　unsigned int time[6]={0};</p><p>　　uchar rate_l=50,rate_h=120;

113、//心跳報(bào)警值</p><p>　　void delay_1ms(uint q)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint i,j;</b></p><p>　　for(i=0;i<q;i++)</p><p>　　for(j=0;j

114、<110;j++);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void delay_uint(uint q)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(q--);</p><p><b>　　}</b&g