基于单片机的人体脉搏检测系统设计
摘要
脉搏波所呈现出来的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息，能反映出人体心血管系统中许多生理疾病的血流特征。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，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。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。系统运行中能显示脉搏次数和时间，系统停止运行时，能够显示总的脉搏次数和时间。本文首先描述本设计的整体思路，然后介绍各个部分设计中的细节问题，最后提出一些完善本设计的改进意见。
关键字：脉搏测量；压电陶瓷片；液晶显示屏；单片机
THE DESIGN OF HUMAN PLUSE DETECTION SYSTEM
BASED ON MCU
ABSTRACT
The shape, intensity, speed, and rhythm of pulse signals mostly reflect the physical and pathological characters of heart-blood system in human bodies. This topic is a design of body pulse measuring instrument. Because of the specificity of the pulse signal, the design must pay attention to achieve an accurate measurement.The point of this design is the simple and precise of the measurement.We need to measure the pulse of the human body in one minute,and to ensure that the error in less than 2 times..The whole system is center on single-chip microcomputer 89s51,using the signle-chip to achieve the system core function of counting pulse.In the front-end of the signal, we use piezoelectric ceramics to collect the signal of the human body pulse.And then,after after amplification of the AD620, shaping of the 555, filtering of the low-pass filter and other operations,the signal will be converted to the pulse signal with the same frequency,and this signal will be input to the single-ship.The single-ship will count to this.The method of counting is using the timer of the single-ship,and then use the cycle,get the frequency,by the frequency,we can get the number of the one-minute pulse. The final result of the count will display in the 1602 LCD screen.Although the performance of the piezoelectric ceramics is not very good,in the signal collection.it can’t do it very precise.But its price is very low,and after the signal conditioning circuit of the system,the signal can be quite satisfactory to achieve our objectives. At the beginning of the paper, the integral notion of the device design is brought out. Afterwards, the detail information of each part is narrated. At last part, some suggestions for improving the device are provided.
Key words: Pulse measurement; piezoelectric ceramics; LCD; single-ship
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目 录
1 绪论 ................................................................................................................................ 1 1.1课题背景及目的 ...................................................................................................... 1 1.2 国内外研究状况及发展趋势 .................................................................................. 2 1.3 课题研究难点 .......................................................................................................... 3 1.3.1 抗干扰 ............................................................................................................ 3 1.3.2 低噪声、低漂移 ............................................................................................ 3 1.4 课题主要研究内容 .................................................................................................. 4 2 系统总体设计 ................................................................................................................ 5 2.1 系统硬件电路设计方案 .......................................................................................... 6 2.1.1传感器的选择 ................................................................................................. 6 2.1.2 单片机的选择 ................................................................................................ 8 2.1.3 信号调理电路的选择 .................................................................................... 9 2.2 系统软件设计方案 ................................................................................................ 10 2.2.1 脉搏波动频率测量方案的选择 .................................................................. 10 2.2.2 单片机工作方式的选择 .............................................................................. 10 2.2.3 显示电路方案的选择 .................................................................................. 11 3 系统硬件设计 .............................................................................................................. 11 3.1 一级放大电路的设计 ............................................................................................ 12 3.2 二阶滤波器电路的设计 ........................................................................................ 14 3.3 第二级放大电路的设计 ........................................................................................ 17 3.4 整形电路 ................................................................................................................ 18 3.5 定时计数电路的设计 ............................................................................................ 21 3.6 显示电路的设计 .................................................................................................... 22 4 系统软件设计 .............................................................................................................. 25
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4.1 主程序流程的设计 ................................................................................................ 25 4.2 定时器/计数器中断程序流程的设计 .................................................................. 26 4.3 显示程序流程的设计 ............................................................................................ 27 5 总结与展望 .................................................................................................................. 28 参考文献 .......................................................................................................................... 29 致谢 .................................................................................................................................. 31 附录 .................................................................................................................................. 32 附录A 原理图 ............................................................................................................. 32 附录B 主程序 ............................................................................................................. 33 附录C 显示程序 ......................................................................................................... 37 附件
附件A开题报告 附件B译文及原文影印件
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1 绪论
1.1课题背景及目的
脉搏是临床检查和生理研究中常见的生理现象[1]，包含了反映心脏和血管状态的重要生理信息。人体内各器官的健康状态、病变等信息将以某种方式显现在脉搏中即在脉象中。人体脉象中富含有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息，我们可以通过对脉搏波检测得到的脉波图含有出许多有诊断价值的信息，可以用来预测人体某些器脏结构和功能的变换趋势，如:血管几何形态和力学性质的变异会引起脉搏波波形和波速等性质的改变，而脉搏的病理生理性改变常引发各种心血管事件，脉搏生理性能的改变可以先于疾病临床症状出现，通过对脉搏的检测可以对如高血压和糖尿病等引起的血管病变进行评估。同时脉搏测量还为血压测量，血流测量及其他某些生理检测技术提供了一种生理参考信号。
在医院临床监护和日常中老年保健中，脉搏是一项基本的生命指标，因而脉搏测量是最常见的生命特征的提取。[2]近年来出现的日常监护仪器，如便携式电子血压计，可以完成脉搏的测量。但是这种便携式电子血压计利用微型气泵加压橡胶气囊，每次测量都需要一个加压和减压的过程，存在体积庞大、加减压过程会有不适、脉搏检测的精确度低等缺点。
人体心室周期性的收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒张，使血流压力以波的形式从主动脉根部开始沿着整个动脉系统传播，这种波称为脉搏波。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，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征。
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AT89S51单片机进行信号采集和处理，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。
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