数字心率计的设计

摘要

摘要

本设计采用以AT89S51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示心率计的硬件电路和软件设计方法。整个电路采用模块化设计，由主程序、预置子程序、信号采集子程序、信号放大处理子程序、显示子程序等模块组成。本设计采用了红外对管传感器和光电转换原理进一步实现对心率的检测。心率计通过感知手指内的微弱波动来接收信号，可以避免人工听诊器所带来不必要的麻烦。心率传感器采样脉搏信号，采用AT89S51单片机作为控制器，心率传感器输出方波传入单片机，单片机每接收一个脉冲波形，数码管就计数一次。心率次数超限时用蜂鸣器报警。三极管加大功率 ，驱动器件工作。各探头的信号经单片机综合分析处理，实现心率测量的各种功能。在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。

关键词：心率；传感器；滤波器；放大器；显示电路；报警电路

I

Abstract

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The rapid development of society today, people's material and cultural life has been greatly improved, but at the same time, a variety of diseases threatening people's life; and the heart attack is difficult to prevent the sudden fatal disease, so health is also more and more attention by people. This design is to solve the problem that can be measured by heart rate, heart disease prevention of heart disease in the digital heart rate meter.Heart rate is an important physiological parameter of human body, in modern medicine, heart rate for blood circulation and cardiac function in field research has important significance. Heart rate meter is used to measure the human heart rate in medical devices, high accuracy rate meter research and development of medical instrument is always an important topic in the field of. This design aims to have the circuit and hardware knowledge, design a simple heart rate meter. In the design of the pulse frequency and heart rate, heart rate can be used to measure the pulse measurement is obtained, therefore the design of human body pulse as the measuring object.

Key words：Heart rate;sensor;filter;amplifier;a display circuit;alarm circuit

II

目录

目 录

摘要 ..................................................................................................................................... I

Abstract .............................................................................................................................. II 第1章 绪论 .................................................................................................................... 1

1.1 课题背景、目的及意义 ................................................................................... 1 1.2 国内外研究现状及存在问题 ........................................................................... 1 1.3 课题的主要问题和研究方法 ........................................................................... 2

1.3.1 设计要求 .................................................................................................... 2 1.3.2 设计内容 .................................................................................................... 2

第2章 数字心率计总体方案设计 ................................................................................ 3

2.1 数字心率计方案设计思路 ............................................................................... 3 2.2 心率计的结构组成和框图 ............................................................................... 3

2.2.1 心率计的结构组成 .................................................................................... 3 2.2.2 心率计的结构框图 .................................................................................... 4

2.3 本章小结 ........................................................................................................... 4 第3章 心率计的硬件设计 ............................................................................................ 5

3.1 AT89S51单片机 ............................................................................................. 5

3.1.1 AT89S51单片机简介 .............................................................................. 5 3.1.2 AT89S51单片机的特点 ........................................................................ 5 3.1.3 AT89S51的结构 ...................................................................................... 6 3.1.4 工作原理 .................................................................................................. 8

3.2 传感器 ............................................................................................................... 8

3.2.1 传感器的选择与论证 ................................................................................ 8 3.2.2 红外线传感器 .......................................................................................... 10

3.3 复位电路 ......................................................................................................... 10

3.3.1 单片机复位电路 ...................................................................................... 10 3.3.2 按键电路 .................................................................................................. 11 3.3.3 振荡电路 .................................................................................................. 11

3.4 显示报警模块 ................................................................................................. 12

3.4.1 显示模块的选择与论证 .......................................................................... 12 3.4.2 显示电路 .................................................................................................. 12 3.4.3 报警电路 .................................................................................................. 15

3.5 信号采集电路 ................................................................................................. 16

III

目录

3.6 信号放大电路 ................................................................................................. 17 3.7 信号比较电路 ................................................................................................. 17 3.8 LM358P放大器 .............................................................................................. 18 3.9 本章小结 ......................................................................................................... 19 第4章 心率计的软件设计 .......................................................................................... 20

4.1 程序流程 ......................................................................................................... 20

4.1.1 主程序流程图 .......................................................................................... 20 4.1.2 中断程序流程图 ...................................................................................... 21 4.1.3 定时器T0和T1的中断服务程序 ......................................................... 21

4.2 测量计算原理 ................................................................................................. 22 4.3 KEIL编程软件的介绍 ................................................................................... 23 4.4 几种主要干扰因素 ......................................................................................... 23 4.5 本章小结 ......................................................................................................... 24 总结 .................................................................................................................................. 25 致谢 .................................................................................................................................. 26 参考文献 .......................................................................................................................... 27 附录 .................................................................................................................................. 28

附录1 系统原理图 ................................................................................................. 28 附录2 程序代码 ..................................................................................................... 29

IV

河北工程大学科信学院毕业设计说明书

第1章 绪论

1.1课题背景、目的及意义

近年来世界科技与经济的飞速蓬勃发展，重视生命和健康渐渐成为人类共同的追求。心脑血管疾病成为影响人类生命和健康的主要疾病之一。尤其是最近几年死于心脑血管疾病的人越来越多，耗费巨额的诊疗资金同时，还给患者的家庭带来了巨大的压力。由于饮食结构问题、心理情绪问题等众多原因，原本的老年疾病逐渐向低龄化发展。怎样有效的防治心脑血管疾病，尽量减轻心脑血管疾病带来的经济负担，逐渐成为全社会要面临的一个刻不容缓的问题。

目前，愈来愈多的人开始重视健康的生活方式以及重视疾病预防，人们越来越渴望人性化，日常化的健康监测产品融入人们的生活。科学工作者对于脉搏的研究，国内外的技术和理论已经相当丰富，以现代医学技术为基础，通过脉搏波来检测人体心血管健康的方法和仪器层出不穷。当前的目标是要对脉搏波的采集分析及对心血管的检测应用方向做出深层次的分析，制作一种面向千家万户的，能够对人的心率状况进行便捷检测的仪器，让人们能对自己的心率状况进行快速的了解，方便人们及早的发现和预防疾病的发生。

本课题要解决的内容包括能够测量心率、预防心脑血管疾病的数字心率计。心率对每个人来说都是一项重要的生理参数，当今医学诊断中，血液系统和心脏功能系统的研究都离不开心率。临床诊断中，人们主要通过心率计来测量心率情况，医学仪器制造业的重要科研开发内容之一就是制造出一款精确度高的心率仪器。本课题就是通过已学的编程知识和硬件理论，设计一款便携式心率计。本课题中因为脉搏频率与心率近似等同，测量脉搏即相当于测量心率，所以本课题将人的脉搏当成测量的对象。

1.2 国内外研究现状及存在问题

最近几年，各式各样如静态的、动态的、便携式的、远程控制的心率监测器已陆续上市。因为心率值及其变化情况是医学上作为心血管疾病诊查所重要的必不可少参数，与心率和心率诊疗仪相关的研发一直以来都是医学领域、电学领域还有工程研发领域等从事技术科研者们的工作重点。以前专注于测量心率值的设备较少，所以能够显示心率

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