基于單片機(jī)的心率計(jì)設(shè)計(jì)

[鍵入文字]基于單片機(jī)的心率計(jì)設(shè)計(jì)學(xué)院：_______________專業(yè)：_______________姓名：_______________學(xué)號(hào)：_______________2013年月日目錄TOC\o"1-2"\h\z\u\h摘要3第一章引言 4\h1.1心率計(jì)的研究背景和意義 4\h1.2心率計(jì)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài) 4\h第二章方案論證及元器件選擇 5\h2.1研究?jī)?nèi)容及設(shè)計(jì)指標(biāo) 52.2方案設(shè)計(jì)與論證52.2.1傳感器的選擇與論證52.2.2信號(hào)處理方案選擇和論證72.2.3單片機(jī)系統(tǒng)選擇和論證82.2.4顯示模塊選擇和論證92.3元器件選擇及其功能介紹92.3.1單片機(jī)AT89S5292.3.2紅外傳感器112.3.3雙運(yùn)算放大器LM358N112.3.4LCD160212第三章硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)133.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖133.2信號(hào)采集電路143.3信號(hào)放大電路153.4信號(hào)比較電路173.5LCD顯示電路183.7鍵盤(pán)電路19第四章軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)194.1測(cè)量計(jì)算原理204.2主程序流程圖204.3中斷程序流程圖214.4定時(shí)器T0，T1的中斷服務(wù)程序21第五章系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果分析225.1測(cè)試方法和儀器225.2仿真與焊接階段235.2.1仿真階段235.2.2焊接與完成階段235.3測(cè)試數(shù)據(jù)與結(jié)果分析255.3.1測(cè)量結(jié)果與分析255.3.2幾種主要系統(tǒng)干擾和影響27結(jié)束語(yǔ)28參考文獻(xiàn)29附錄一：系統(tǒng)仿真圖附錄二：系統(tǒng)原理圖和PCB附錄三：源程序基于單片機(jī)的心率計(jì)設(shè)計(jì)摘要：在社會(huì)飛速發(fā)展的今天，人們的物質(zhì)文化生活得到了極大的提高，但同時(shí)多種疾病威脅著人們的生命；而心臟病又是人們難以預(yù)防的突發(fā)致命疾病，所以健康也被越來(lái)越多的人所重視。本設(shè)計(jì)要解決的問(wèn)題就是可以測(cè)量心率、預(yù)防心臟病等心臟方面疾病的數(shù)字心率計(jì)。便攜式數(shù)字人體心率計(jì)運(yùn)用AT89S52單片機(jī)作為核心控制處理單元，采用紅外傳感器作為傳感器，運(yùn)用軟件和硬件雙重濾波技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)人體心率信號(hào)的準(zhǔn)確檢測(cè)。測(cè)量范圍限可以用按鍵調(diào)節(jié)，并進(jìn)行聲音報(bào)警，傳感器可以放在身體脈搏明顯的任何部位，測(cè)量結(jié)果以數(shù)字方式方式顯示，測(cè)量精確到2次/分。經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，本心率計(jì)已經(jīng)基本達(dá)到題目要求部分的全部指標(biāo)。關(guān)鍵字：心率計(jì)，紅外傳感器，單片機(jī)AT89S52，LM358第一章引言1.1心率計(jì)的研究背景和意義伴隨著全球科技與經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展與進(jìn)步，關(guān)愛(ài)生命與健康已成為人類(lèi)的共同追求。心腦血管疾病是危害人類(lèi)生命和健康的最主要的疾病。每年因心腦血管疾病致死的人數(shù)位居人類(lèi)死亡總數(shù)的首位，耗費(fèi)的醫(yī)療費(fèi)用居高不下，給家庭和社會(huì)造成巨大負(fù)擔(dān)[1]。近年來(lái)，由于飲食習(xí)慣不合理、生活節(jié)奏加快等原因，心腦血管疾病的發(fā)病率更是呈逐年上升的趨勢(shì)。如何科學(xué)的降低心腦血管疾病的發(fā)病率和死亡率，有效的減輕心腦血管疾病帶來(lái)的社會(huì)和家庭負(fù)擔(dān)，已經(jīng)成為全社會(huì)所面臨的一個(gè)十分嚴(yán)峻問(wèn)題。今天，越來(lái)越多的人已認(rèn)識(shí)到健康生活方式和疾病預(yù)防的重要性，對(duì)擁有日常家庭化和個(gè)性化的健康監(jiān)測(cè)和疾病預(yù)防手段的需求也日益增大。在脈搏波研究方面，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)出現(xiàn)了眾多的技術(shù)和理論，基于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)，利用脈搏波對(duì)人體心血管健康進(jìn)行無(wú)創(chuàng)檢測(cè)的方法和儀器不斷涌現(xiàn)。現(xiàn)在的任務(wù)是既要對(duì)脈搏波的檢測(cè)分析及對(duì)心血管健康檢測(cè)應(yīng)用方面做進(jìn)一步研究，研制一種面向家庭和社區(qū)醫(yī)療服務(wù)的，能夠?qū)θ梭w動(dòng)脈硬化的程度和其他心血管健康狀況進(jìn)行無(wú)創(chuàng)檢測(cè)的儀器，讓更多的人對(duì)自己的心血管健康狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)的了解，對(duì)心血管疾病能夠及早的發(fā)現(xiàn)和進(jìn)行預(yù)防?；谏鲜霈F(xiàn)狀和背景，不難發(fā)現(xiàn)：心血管功能檢測(cè)新技術(shù)、新方法的研究以及心血管功能監(jiān)測(cè)類(lèi)家用電子醫(yī)療保健儀器的開(kāi)發(fā)已刻不容緩。它不僅能滿足當(dāng)前的醫(yī)療保健急需，也能為維持和發(fā)展我國(guó)家用數(shù)字醫(yī)療事業(yè)，為推行實(shí)施國(guó)家“家庭醫(yī)療保健工程”做出積極和長(zhǎng)久的貢獻(xiàn)[2]。1.2心率計(jì)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)自上世紀(jì)80年代以來(lái)，基于血流動(dòng)力流變學(xué)和彈性腔理論的無(wú)創(chuàng)傷血管功能檢測(cè)方法的研究逐漸受到廣泛的關(guān)注。很多不同學(xué)科的研究員與醫(yī)學(xué)家合作，研究出各種應(yīng)用型人體心率傳感器，有單部、三部、液態(tài)水、子母式單點(diǎn)，多點(diǎn)，氣壓式、硅杯式、軟性接觸式、剛性接觸式等，組成脈搏傳感器的主要部件有壓電晶體、單晶硅、陶瓷應(yīng)變片、光敏組件、pvdf壓電薄膜等，其中以單部單點(diǎn)應(yīng)變片式應(yīng)用最為廣泛。到目前，用于評(píng)價(jià)大動(dòng)脈的結(jié)構(gòu)和方法已有很多。血管造影和其他造影技術(shù)等有創(chuàng)方法可精確評(píng)價(jià)動(dòng)脈管腔或分心動(dòng)脈壁結(jié)構(gòu)。但是這些方法操作復(fù)雜，費(fèi)用高昂，需要非常精密的技術(shù)設(shè)備，限制了其只能在大型臨床研究中應(yīng)用，另外，還有一些其他的無(wú)創(chuàng)方法，這些主要根據(jù)超聲技術(shù)和計(jì)算機(jī)分析圖像和超聲信號(hào)，來(lái)研究某些動(dòng)脈軸和位點(diǎn)的功能和結(jié)構(gòu)，這些相對(duì)復(fù)雜的技術(shù)僅用于某些臨床研究實(shí)驗(yàn)室。在無(wú)創(chuàng)方法中，脈搏波速度的檢測(cè)已經(jīng)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)動(dòng)脈壁擴(kuò)張性和硬度。該方法無(wú)創(chuàng)傷，操作簡(jiǎn)單、結(jié)果準(zhǔn)確、重復(fù)性好，因此被廣泛應(yīng)用于大型治療和流行病學(xué)研究當(dāng)中，并且，該方法非常適合于向家庭和社區(qū)醫(yī)療服務(wù)推廣。國(guó)外，諸如法國(guó)研制生產(chǎn)的康普樂(lè)儀、日本科林公司的動(dòng)脈硬化檢測(cè)儀等就是利用此種方法，并在歐美國(guó)家得到廣泛的普及，國(guó)內(nèi)也有醫(yī)院引進(jìn)了這種設(shè)備，但是價(jià)格昂貴[7][8]。國(guó)內(nèi)也有多家單位開(kāi)始了此類(lèi)設(shè)備的研究，在2007年，也有類(lèi)似的產(chǎn)品相繼上市。但是，這些儀器均被應(yīng)用在大型醫(yī)療機(jī)構(gòu)中，成本高，檢測(cè)費(fèi)用高，功能局限于檢測(cè)，不能滿足患者隨時(shí)隨地的檢測(cè)的需要。第二章方案論證及元器件選擇2.1研究?jī)?nèi)容及設(shè)計(jì)指標(biāo)研究?jī)?nèi)容：便攜式數(shù)字人體心率計(jì)運(yùn)用AT89S52單片機(jī)作為核心控制處理單元，采用紅外傳感器作為傳感器，運(yùn)用軟件和硬件雙重濾波技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)人體心率信號(hào)的準(zhǔn)確檢測(cè)，最終以數(shù)值形式顯示在LCD上。本課題開(kāi)發(fā)一款低功耗、便攜式數(shù)字心率計(jì)，具體要求如下：(1)實(shí)時(shí)顯示被測(cè)者心率值，并顯示；(2)可用按鍵設(shè)置正常心率的范圍，超過(guò)這個(gè)范圍，進(jìn)行報(bào)警提示。2.2方案設(shè)計(jì)與論證2.2.1傳感器的選擇與論證(1)壓電式壓電式傳感器的檢測(cè)方法是利用壓力傳感器或振動(dòng)傳感器將人體脈搏振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。常見(jiàn)的壓力傳感器可用現(xiàn)有的壓電陶瓷代替。壓電式元件的內(nèi)阻極高，通常采用兩片相同的元件，使其極性反向相疊，由夾在中間的銅片作為一個(gè)電極。這樣，中央電極處于全空狀態(tài)，可以用具有良好絕緣性的導(dǎo)線引出。此種方法的優(yōu)點(diǎn)是傳感器種類(lèi)多，一般的傳感器輸出信號(hào)也比較大，對(duì)后面的放大電路要求不高。壓電陶瓷具有成本低、取材方便、易于提高敏感度等特點(diǎn)。(2)聲電式聲電式傳感器的作用是將氣體、液體或固體中傳播的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。因此，它也屬于力學(xué)量傳感器。它的制作材料一般由不定性無(wú)煙煤顆?；驂弘娞沾蓸?gòu)成。顆粒式聲電傳感器的優(yōu)點(diǎn)是耐用、成本低和容易制作，缺點(diǎn)是顆粒的機(jī)械磨損和接觸表面上的瞬間電弧會(huì)使顆粒逐漸老化，從而導(dǎo)致雜音大、性能不穩(wěn)定和非線性；而壓電陶瓷式的聲電傳感器在檢測(cè)聲音信號(hào)時(shí)卻存在著一定的缺陷。聲電式檢測(cè)方法是利用微音傳感器將人體的振動(dòng)的聲音轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。此種方法的優(yōu)點(diǎn)是作為傳感器的微音傳感器可利用現(xiàn)有的駐極體或電容式話筒，但其后面的電路要采取一定的措施將環(huán)境的聲音干擾信號(hào)濾去。(3)光電式光電系統(tǒng)通常是指能敏感由紫外光到紅外光的光能量，并將光能量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件。通常用的光電器件有光電二極管和光電三極管。光電式傳感器測(cè)量微小的位移變化有明顯的效果，但是光電傳感器對(duì)材料、電路控制和光電管屬性要求較高：1）吸收紅外光的能力極強(qiáng)2）介電常數(shù)小，以便得到大的輸出電壓。3）介電損耗小。光電式檢測(cè)方法是利用光電傳感器檢測(cè)人體內(nèi)血液流動(dòng)時(shí)對(duì)光的透過(guò)率或反射率不同而將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的方法。此種方法有兩種方式：一種是對(duì)射式，另一種是反射式。對(duì)射式是在一個(gè)大小合適的環(huán)的兩側(cè)各放一個(gè)發(fā)射管和一個(gè)接收管，測(cè)量時(shí)將人的手指伸到環(huán)中，由于手指中的血流量的變化而使光電接收管的光電流也隨之變化，反射式是光電發(fā)射與光電接收都指向一個(gè)方向，當(dāng)人體內(nèi)的血流發(fā)生變化時(shí)其對(duì)光的反射率也隨之變化，從而檢測(cè)出心率。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是外界干擾信號(hào)小，但其最大的難點(diǎn)是傳感器輸出信號(hào)小，對(duì)后面的放大電路要求較高。此外，對(duì)于干擾變化強(qiáng)烈的信號(hào)，回路不宜調(diào)制，可視光電管的定向角不同，光軸也不宜把握。綜上所述，從傳感器的制作工藝、材料的選取、受外界的干擾信號(hào)的干擾程度和制作過(guò)程中前級(jí)電路的處理難易程度上考慮，就選用一對(duì)紅外對(duì)射二極管實(shí)現(xiàn)。紅外傳感器的檢測(cè)、放大、濾波和整型并傳到單片機(jī)工作系統(tǒng)的過(guò)程見(jiàn)下圖2-1所示：圖2-1信號(hào)檢測(cè)處理工作流程圖2.2.2信號(hào)處理方案選擇和論證(1)小規(guī)模數(shù)字電路：采用小規(guī)模數(shù)字電路也可完成此方案的基本功能，電路框圖如圖2-2所示。圖2-2小規(guī)模數(shù)字電路心率計(jì)這種方案是采用一個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將處理后的脈波信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，在1分鐘內(nèi)將計(jì)數(shù)值顯示。此方案的不足是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單一些的過(guò)程控制功能都要用好多片電路，且數(shù)字電路器件功能單一，一旦硬件電路定型就難以改動(dòng)，尤其在題目要求中，要實(shí)現(xiàn)心率測(cè)量并顯示，還要超限報(bào)警等等，則顯得力不從心。(2)PLD：可編程邏輯器件(PLD)突破了小規(guī)模數(shù)字電路功能單一的缺點(diǎn)，可以按照設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)分析出來(lái)的邏輯要求去編程定義，應(yīng)用起來(lái)確實(shí)方便，設(shè)計(jì)也比較靈活。針對(duì)題目要求，該方案應(yīng)該至少由傳感器電路、閘門(mén)電路、計(jì)數(shù)器電路、數(shù)字鎖存電路、顯示電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、PC接口電路七部分構(gòu)成，在閘門(mén)信號(hào)允許時(shí)間內(nèi)對(duì)被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)，閘門(mén)寬度為單位時(shí)間。顯然電路復(fù)雜，一旦涉及到數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)記憶、數(shù)據(jù)通信等功能要求時(shí)，其實(shí)現(xiàn)難度可想而知。(3)單片機(jī)：?jiǎn)纹瑱C(jī)的發(fā)展和應(yīng)用大家有目共睹，其體積小、重量輕、價(jià)格低、可靠性高、耗電少和靈活機(jī)動(dòng)等許多優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)被默認(rèn)。在科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理及信息管理、CAD、CAM、CAA、CAI、過(guò)程控制和儀表智能化、軍事領(lǐng)域、多媒體系統(tǒng)和信息高速公路甚至家用電器和家庭自動(dòng)化等方面都可以看到單片機(jī)的影子，可謂立下了汗馬功勞。單片機(jī)內(nèi)部包含了CPU、RAM、ROM、I/O口、總線甚至A/D及D/A轉(zhuǎn)換電路，功能十分強(qiáng)大。許多在數(shù)字電路、模擬電路中的難題都在單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)中得到了出乎意料的解決效果，通過(guò)對(duì)程序和外部少許電路的修改即可以改變整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能?？梢浦残院涂删S護(hù)性得到極大的改善。在數(shù)據(jù)分析、處理、記憶、通訊等方面表現(xiàn)相當(dāng)出色。根據(jù)題目提出的要求，單片機(jī)控制當(dāng)為首選。以單片機(jī)為主外設(shè)顯示器、鍵盤(pán)、通訊、打印接口等硬件電路，完成脈波計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)運(yùn)算、顯示、通訊、記憶等功能。根據(jù)以上方案比較，本課題決定采用以紅外傳感器為傳感器，以單片機(jī)為主控芯片外輔少量硬件電路完成數(shù)據(jù)處理、記憶、顯示、通訊等功能。硬件框圖如圖2-3所示。圖2-3單片機(jī)心率計(jì)2.2.3單片機(jī)系統(tǒng)選擇AT89C2051、AT89C51單片機(jī)是最常用的單片機(jī)，是一種高性能、低損耗、CMOS八位微處理器。AT89C2051與MCS-51系列的單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，而且能使系統(tǒng)具有許多新的功能，功能強(qiáng)、靈活性高而且價(jià)格低廉。AT89S52可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，增加系統(tǒng)可靠性，縮小系統(tǒng)體積，降低了系統(tǒng)成本。程序長(zhǎng)度只要不大于4K，四個(gè)I/O口全部提供給用戶。系統(tǒng)運(yùn)行中需要存放的中間變量較少，可不必再擴(kuò)充外部RAM。采用AT89S52單片機(jī)，其內(nèi)部有8KB單元的程序存儲(chǔ)器。而且具有三個(gè)定時(shí)器，正好滿足系統(tǒng)多機(jī)通信時(shí)所用。比較以上方案，綜合考慮單片機(jī)的各部分資源，因此此次設(shè)計(jì)選用AT89S52。2.2.4顯示模塊選擇和論證(1)液晶顯示液晶單元是容性負(fù)載，液晶的電阻在大多數(shù)情況下可以忽略不計(jì)，是無(wú)極性的，即正壓和負(fù)壓的作用效果是一樣的。液晶顯示器件在直流電壓作用下會(huì)發(fā)生電解作用，故必須用交流驅(qū)動(dòng)，并且限定交流成分中的直流分量不大于幾十mv；由于液晶在電場(chǎng)作用下光學(xué)性能的改變是依靠液晶作為彈性連續(xù)體的彈性變形，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，所以交變驅(qū)動(dòng)電壓的作用效果不取決于其峰值，在頻率小于1000Hz情況下，液晶透光率的改變只與外電壓的有效值相關(guān)。液晶顯示信息量大、長(zhǎng)壽命、低壓驅(qū)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。(2)LED動(dòng)態(tài)顯示數(shù)碼管是一類(lèi)顯示屏通過(guò)對(duì)其不同的管腳輸入相對(duì)的電流，會(huì)使其發(fā)亮，從而顯示出數(shù)字能夠顯示時(shí)間、日期、溫度等所有可用數(shù)字表示的參數(shù)。由于它的價(jià)格便宜使用簡(jiǎn)單在電器特別是家電領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，空調(diào)、熱水器、冰箱等等。絕大多數(shù)熱水器用的都是數(shù)碼管，其他家電也用液晶屏與熒光屏。數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最廣泛的顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的八個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連起來(lái)，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)有字形碼輸出時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在動(dòng)態(tài)顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)及人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，實(shí)際上盡管數(shù)碼管不是同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度很快，給人的印象就是穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有感覺(jué)到閃爍，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。根據(jù)以上兩種方案比較，液晶顯示具有其獨(dú)特的優(yōu)越性，顯示效果好，控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。所以就選擇液晶來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示功能。2.3元器件選擇及功能介紹2.3.1單片機(jī)AT89S52(1)主要性能：·8KB可改編程序Flash存儲(chǔ)器（可經(jīng)受1000次的寫(xiě)入/擦除周期）·全靜態(tài)工作：0Hz～24MHz·三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密·128×8字節(jié)內(nèi)部RAM·32條可編程I/O線·2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器·6個(gè)中斷源·可編程串行通道·片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器(2)功能特性描述：AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門(mén)狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。AT89S52的引腳結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。圖2-4AT89S52的引腳結(jié)構(gòu)2.3.2紅外傳感器紅外技術(shù)是在最近幾十年中發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)。它在科技，國(guó)防，和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，特別是在科學(xué)研究、軍事工程和醫(yī)學(xué)方面起著極其重要的作用。例如在紅外制導(dǎo)火箭、紅外成像、紅外遙感等。而紅外輻射技術(shù)的重要工具就紅外傳感器，紅外傳感器已經(jīng)在現(xiàn)代化的生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)揮著它的巨大作用。尤其是在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離溫度監(jiān)測(cè)與控制方面，紅外溫度傳感器以其優(yōu)異的性能，滿足了多方面的要求，因而在產(chǎn)品傳感器大顯身手的地方。因此紅外傳感器的發(fā)展前景也是不可估量的。本設(shè)計(jì)的心率計(jì)的傳感器采用一對(duì)5MM的紅外對(duì)管外輔少許電路所組成的紅外傳感器，紅外對(duì)管是紅外線發(fā)射管與光敏接收管，或者紅外線接收管，或者紅外線接收頭配合在一起使用時(shí)候的總稱。紅外線發(fā)射管在LED封裝行業(yè)中主要有三個(gè)常用的波段，如下850NM、875NM、940NM。根據(jù)波長(zhǎng)的特性運(yùn)用的產(chǎn)品也有很大的差異，850NM波長(zhǎng)的主要用于紅外線監(jiān)控設(shè)備，875NM主要用于醫(yī)療設(shè)備，940NM波段的主要用于紅外線控制設(shè)備。EG：紅外線遙控器、光電開(kāi)關(guān)、光電記數(shù)設(shè)備等。光敏接收管是一個(gè)具有光敏特征的PN結(jié)，屬于光敏三極管，具有單向?qū)щ娦?，因此工作時(shí)需加上反向電壓。無(wú)光照時(shí),有很小的飽和反向漏電流（暗電流）。此時(shí)光敏管不導(dǎo)通。當(dāng)光照時(shí),飽和反向漏電流馬上增加，形成光電流,在一定的范圍內(nèi)它隨入射光強(qiáng)度的變化而增大。2.3.3雙運(yùn)算放大器LM358NLM358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使用運(yùn)算放大器的可用單電源供電的場(chǎng)合。特性:低輸入偏流內(nèi)部頻率補(bǔ)償直流電壓增益高(約100dB)單位增益頻帶寬(約1MHz)●電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?3—30V)；雙電源(±1.5一±15V)●低功耗電流，適合于電池供電●低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流●共模輸入電壓范圍寬，包括接地●差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍●輸出電壓擺幅大(0至Vcc-1.5V)LM358的引腳結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。圖2-5LM358的引腳結(jié)構(gòu)2.3.4LCD1602顯示模塊1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。管腳功能1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：第1腳：VSS為電源地第2腳：VCC接5V電源正極第第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端,高電平（1）時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第15～16腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。第三章硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖心率計(jì)的總體設(shè)計(jì)電路框圖如圖3-1所示，主要包括信號(hào)采集電路、放大電路、比較電路和單片機(jī)信號(hào)處理電路和液晶顯示電路。先用紅外傳感器采集與心跳同頻率的信號(hào)，當(dāng)人體組織半透明度的數(shù)值較大時(shí)，紅外發(fā)射管Dl發(fā)射出的透過(guò)人體組織的光強(qiáng)度很弱，光敏三極管無(wú)法導(dǎo)通，輸出高電平；當(dāng)人體組織半透明度的數(shù)值較小時(shí)，紅外發(fā)射管Dl發(fā)射出的透過(guò)人體組織的光強(qiáng)度較強(qiáng)，光敏三極管導(dǎo)通，輸出低電平。這樣就形成了頻率與脈搏次數(shù)成正比的低頻信號(hào)，它是近似于正弦的波形。當(dāng)脈搏為40次/分時(shí)，檢測(cè)到的頻率是0.78Hz，當(dāng)脈搏為40次/分時(shí)，檢測(cè)到的頻率是3.33Hz，從傳感器過(guò)來(lái)的是低頻信號(hào)。該低頻信號(hào)首先經(jīng)RC振蕩器濾波以消除高頻干擾，經(jīng)無(wú)極性隔直流電容C3、C5加到線性放大器的輸入端。運(yùn)算放大器將此信號(hào)放大100倍，并與R3、R4、C6組成的低通T型濾波器濾除殘留的干擾。正弦信號(hào)經(jīng)微分形成尖脈沖信號(hào)，單穩(wěn)態(tài)振蕩電路將尖脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為同頻率的長(zhǎng)脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)通過(guò)R12送到單片機(jī)后，經(jīng)過(guò)軟件對(duì)信號(hào)的處理，最后在以數(shù)值形式顯示在液晶上。圖3-1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框圖3.2信號(hào)采集電路信號(hào)采集電路如圖3-2所示。5MM紅外對(duì)管D1與D3組成紅外傳感器。因紅外傳感器輸出的脈沖信號(hào)是非常微弱的信號(hào)，而且頻率很低（如脈搏50次/分鐘為0.78Hz，200次/分鐘為3.33Hz），并且還伴有各種噪聲干擾，故該信號(hào)要經(jīng)過(guò)R7、C5低通濾波，去除高頻干擾。當(dāng)傳感器檢測(cè)到較強(qiáng)的干擾噪音時(shí)，其輸出端的直流電壓信號(hào)會(huì)有很大變化。圖3-2信號(hào)采集電路3.3信號(hào)放大電路如圖3-3所示，R3與R8的電阻之比為放大器的放大倍數(shù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算所得該放大器的理論值為200倍，但由于8號(hào)接口上V5供壓不足再加上材料限制和人為的因素，該放大倍數(shù)只有20倍左右。圖中C7為耦合電容，作用為隔直流通交流，之所以使用1uF的電容，是為了讓所有的信號(hào)通過(guò)。信號(hào)放大電路仿真圖如圖3-4所示。圖3-3信號(hào)放大電路3.4信號(hào)比較電路電壓比較器是一種常用的集成電路。它可用于報(bào)警器電路、自動(dòng)控制電路、測(cè)量技術(shù)，也可用于V/F變換電路、A/D變換電路、高速采樣電路、電源電壓監(jiān)測(cè)電路、振蕩器及壓控振蕩器電路、過(guò)零檢測(cè)電路等。我們主要介紹其基本概念、工作原理及典型工作電路，電壓比較器是對(duì)兩個(gè)模擬電壓比較其大小并判斷出其中哪一個(gè)電壓高，接到的信號(hào)電壓小于該值時(shí)顯示0V，當(dāng)大于該值時(shí)顯示5V，這就形成了0和5V的方波。如圖3-7所示。圖3-7電壓比較器3.5LCD1602顯示電路LCD1602與單片機(jī)接口電路如下：3.6鍵盤(pán)電路因?yàn)镮/O口足夠用，鍵盤(pán)設(shè)計(jì)采用線性鍵盤(pán)。三個(gè)引腳通過(guò)按鍵接地。有程序控制掃描。3個(gè)按鍵分別接到CPU的P30、P31、P32上，正常心率范圍的設(shè)置，以便在超出限制時(shí)報(bào)警提示。圖3-10鍵盤(pán)電路第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)基于單片機(jī)心率計(jì)的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序流程圖、中斷程序流程圖及顯示子程序組成。C語(yǔ)言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語(yǔ)言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間，而心率計(jì)的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算（時(shí)間t內(nèi)的平均值），又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間（動(dòng)脈搏動(dòng)時(shí)間），所以控制程序可采用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程。4.1測(cè)量計(jì)算原理設(shè)K個(gè)連續(xù)的動(dòng)脈搏動(dòng)所用時(shí)間為t（秒），在時(shí)間t內(nèi)心率的平均值為n（次/分），則：n=60K/t(4-1)為了能夠控制用單片機(jī)計(jì)算機(jī)測(cè)定t值，我們利用脈動(dòng)信號(hào)控制（在K個(gè)連續(xù)的脈搏周期內(nèi)）單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0定時(shí)（定時(shí)1ms中斷一次），工作寄存器對(duì)中斷次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后讀取計(jì)數(shù)值。設(shè)該計(jì)數(shù)值為N，于是有：t=0.001N(4-2)把(2)帶入(1)得到：n=60k/0.001N=60000K/N(4-3)式(3)就是利用單片計(jì)算機(jī)測(cè)定心率值的數(shù)學(xué)模型（誤差小于0.4%）。在該單片機(jī)系統(tǒng)中，K=1~~9（用戶可通過(guò)按鍵自行設(shè)置）?？蓽y(cè)心率范圍20次/分~~200次/分（N的范圍：300~~30000）。4.2主程序流程圖程序流程圖如圖4-1所示。程序初始化是單片機(jī)程序必需的，它的主要任務(wù)是確定中斷入口地址和程序入口。然后顯示全零，目的是為了區(qū)分是否有信號(hào)送入，當(dāng)沒(méi)有信號(hào)送入時(shí)，顯示全零，則說(shuō)明心率計(jì)沒(méi)有正常工作，反之，則正常工作。設(shè)計(jì)中比較重要的一部分是定時(shí)l00ms，它主要是為采樣6s建立基礎(chǔ)。系統(tǒng)運(yùn)用定時(shí)器T1定時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)100ms的定時(shí)，中斷等待占用程序執(zhí)行的絕大部分時(shí)間，是一個(gè)死循環(huán)語(yǔ)句，只有當(dāng)中斷滿足條件時(shí)，才執(zhí)行中斷服務(wù)子程序，進(jìn)行累加計(jì)數(shù)的結(jié)果，累加之后，判斷采樣的次數(shù)，如果采樣未滿60次，說(shuō)明不到6s，返回繼續(xù)采樣、等待中斷，直到采樣60次為止，之后把6s內(nèi)采樣得到的次數(shù)由二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)，送到液晶進(jìn)行顯示。圖4-1程序流程圖圖4-2中斷程序流程圖4.3中斷程序流程圖心率的有效測(cè)量范圍為40次—120次/分鐘，為了消除外界信號(hào)的干擾，在定時(shí)器中斷程序中加入了對(duì)頻率大小的判斷，濾除掉小于40次/分鐘和大于120次/分鐘的脈沖信號(hào)，中斷程序如圖4-2所示。4.4定時(shí)器T0和T1的中斷服務(wù)程序定時(shí)器T0的中斷流程圖如圖4-3所示，定時(shí)器T1的中斷服務(wù)流程圖如圖4-4所示。圖4-3定時(shí)器T0的中斷圖4-4定時(shí)器T1的中斷服務(wù)程序流程圖服務(wù)程序流程圖第五章系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果分析5.1測(cè)試方法和儀器(1)時(shí)基測(cè)量：心率測(cè)量?jī)x的精度在很大程度上取決于系統(tǒng)的時(shí)間基準(zhǔn)，因而對(duì)1MS時(shí)間定時(shí)要用儀器校準(zhǔn)，我們用的是TDS210數(shù)字示波器。在T0定時(shí)中斷服務(wù)程序中首先對(duì)外部的某一端口的狀態(tài)不斷取反，用示波器測(cè)端口的周期，如有誤差可在程序中改變TL0的值，直到時(shí)間滿足要求為止。(2)測(cè)量精度測(cè)試：用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一方波，其頻率與測(cè)量范圍相符，（40~120次/分）分別測(cè)量40次/分、80次/分、100次/分、120次/分，觀察心率儀的測(cè)量結(jié)果與與信號(hào)發(fā)生器輸出的頻率是否相符，如誤差大于±2次/分時(shí)可再細(xì)調(diào)TL0的值，如不能滿足要求可用軟件與TL0的值同時(shí)調(diào)節(jié)，直到滿足要求為止。使用儀器：示波器（TDS210）信號(hào)發(fā)生器（GFG-8015G）萬(wàn)用表（FLUKE73）+-5V電源（YB1711B）單片機(jī)仿真器（E2000/S）編程器（kile）5.2仿真與焊接階段5.2.1仿真階段當(dāng)模塊設(shè)計(jì)完成并在ISIS7protues中仿真成功后，電路基本確定，但那只是理論值，需要對(duì)這些仿真電路進(jìn)行試驗(yàn)，以確保這些電路是否適用與該設(shè)計(jì)。5.2.2焊接與完成階段在完成實(shí)驗(yàn)階段測(cè)試后，這時(shí)電路的元器件及各種電阻電容的值就已經(jīng)確定?？梢詫?shí)物的焊接。(1)焊前處理焊接前，應(yīng)對(duì)元件引腳或電路板的焊接部位進(jìn)行焊前處理。①焊接位置氧化層的清除用小刀刮去金屬引線表面的氧化層，使引腳部分具有金屬光澤。轉(zhuǎn)印電路板可用細(xì)紗紙將銅箔打光后，均勻涂上一層松香。②元件鍍錫在處理過(guò)引線上鍍錫。可將引線沾上松香后，將帶錫的烙鐵頭壓在引線上，轉(zhuǎn)動(dòng)引線。即可使引線均勻地鍍上一層很薄的錫層。焊接前，用剝線鉗剝?nèi)ソ^緣外皮，再經(jīng)過(guò)以上處理，才能正式焊接。若是多股金屬絲的導(dǎo)線，打光后應(yīng)先擰在一起，然后再鍍錫。(2)焊接技做好焊前處理之后，就可正式進(jìn)行焊接。①焊接方法：焊接，檢查，剪短。a.右手持電烙鐵。左手用鑷子夾持元件或?qū)Ь€。焊接前，電烙鐵要充分預(yù)熱5分鐘。烙鐵頭刃面上要鍍錫，即帶上一層薄薄的焊錫。b.將烙鐵頭刃面緊貼在焊點(diǎn)處。電烙鐵與水平面大約成45度角。以便于熔化的錫從烙鐵頭上覆蓋到焊點(diǎn)上。將烙鐵頭停留在焊點(diǎn)處2～3秒鐘。C.移開(kāi)烙鐵頭。左手仍持元件不動(dòng)。等焊點(diǎn)上的錫冷卻凝固后，才可松開(kāi)左手。d.用鑷子轉(zhuǎn)動(dòng)引線，確認(rèn)不松動(dòng)，然后可用偏口鉗剪去多余的引線。②焊接質(zhì)量焊接時(shí)，要保證每個(gè)焊點(diǎn)焊接牢固、接觸良好。要保證焊接質(zhì)量。應(yīng)是錫點(diǎn)光亮，圓滑而無(wú)毛刺，錫量適中。錫和被焊物融合牢固。不應(yīng)有虛焊和假焊。虛焊是焊點(diǎn)處只有少量錫焊住，造成接觸不良，時(shí)通時(shí)斷。假焊是指表面上好像焊住了，但實(shí)際上并沒(méi)有焊上，有時(shí)用手一拔，引線就可以從焊點(diǎn)中拔出。這兩種情況將給電子制作的調(diào)試和檢修帶來(lái)極大的困難。只有經(jīng)過(guò)大量的、認(rèn)真的焊接實(shí)踐，才能避免這兩種情況。焊接電路板時(shí)，一定要控制好時(shí)間。太長(zhǎng)，電路板將被燒焦，或造成焊點(diǎn)脫落。從電路板上拆卸元件時(shí)，可將電烙鐵頭貼在焊點(diǎn)上，待焊點(diǎn)上的錫熔化后，將元件拔出。由于本次設(shè)計(jì)采用單片機(jī)開(kāi)發(fā)板來(lái)焊接，因此最小系統(tǒng)部分只用焊接元件不用另外布線，減輕了焊接部分的工作量，同時(shí)是電路板更美觀。雖然用單片機(jī)開(kāi)發(fā)板來(lái)焊接，但是在焊接過(guò)程中也必須認(rèn)真謹(jǐn)慎，避免虛焊和短路。每焊完一個(gè)元器件或者一條線路都要用萬(wàn)用表檢查焊接是否成功，最終按照附錄一所示仿真圖焊接實(shí)物。實(shí)物圖如圖5-1所示。圖5-1實(shí)物圖5.3測(cè)試數(shù)據(jù)與結(jié)果分析5.3.1測(cè)量結(jié)果與分析(1)用儀器測(cè)量：用信號(hào)發(fā)生器作信號(hào)源，產(chǎn)生一個(gè)40~200次/分的方波，觀察心率儀讀數(shù)與信號(hào)發(fā)生器輸出的頻率是否相等。表5-1給出了部分測(cè)量結(jié)果。表5-1信號(hào)發(fā)生器測(cè)量結(jié)果測(cè)量序號(hào)測(cè)量序號(hào)信號(hào)發(fā)生器示值及示波器心率儀示值14040（低限報(bào)警）2808031501504120120（高限報(bào)警）由以上測(cè)量結(jié)果看，用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)用心率儀測(cè)量時(shí)其測(cè)量誤差為0，且在報(bào)警的上下限可報(bào)警。(2)實(shí)際測(cè)量：對(duì)同一同學(xué)和不同的同學(xué)進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)由另一同學(xué)用聽(tīng)診器測(cè)量脈搏，表5-2給出了部分測(cè)量結(jié)果。表5-2實(shí)際測(cè)量結(jié)果比較測(cè)量序號(hào)測(cè)量序號(hào)聽(tīng)診器測(cè)量心率計(jì)值誤差188891189881190922272731367652494951在實(shí)際測(cè)量時(shí)人工測(cè)量的數(shù)值與心率儀測(cè)量的數(shù)值會(huì)有誤差，在測(cè)同一人時(shí)其誤差只要在允許范圍內(nèi)，有時(shí)也超過(guò)測(cè)量精度，這是因?yàn)槿斯y(cè)量時(shí)的計(jì)數(shù)起始時(shí)間與結(jié)束時(shí)間掌握不準(zhǔn)所至。由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)測(cè)量時(shí)沒(méi)有誤差，而實(shí)際測(cè)量時(shí)產(chǎn)生誤差，這是因?yàn)樾盘?hào)發(fā)生器產(chǎn)生的頻率穩(wěn)定，而實(shí)際測(cè)量時(shí)被測(cè)人的脈波穩(wěn)定性、強(qiáng)度不穩(wěn)定。示波器顯示的方波以及對(duì)應(yīng)的心率計(jì)顯示如下圖5-2,5-3所示。圖5-2示波器顯示方波波形圖5-3心率計(jì)顯示心率值及設(shè)置上下限5.3.2幾種主要系統(tǒng)干擾與影響(1)陽(yáng)光的干擾。因?yàn)楸拘穆视?jì)是通過(guò)紅外光線透過(guò)手指采集到信號(hào)，進(jìn)而對(duì)信號(hào)處理得到人體的心率值，光照在本系統(tǒng)中很關(guān)鍵。而且在各種不同的環(huán)境中，外界光照的強(qiáng)度不一樣，這對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾卻大。但是外界光照對(duì)于人體是均衡的，即各處光照強(qiáng)度相同，對(duì)人體內(nèi)變化的影響是相同的，即可以相互抵消。(2)測(cè)量過(guò)程中手指的抖動(dòng)。紅外傳感器檢測(cè)到的人體信號(hào)很微弱，手指的一點(diǎn)抖動(dòng)都會(huì)引起測(cè)量心率值的大幅變化。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在設(shè)計(jì)中，把紅外對(duì)管相距一定距離（夠放下食指）之后固定死，這樣在測(cè)量的時(shí)候只要被測(cè)者盡量保持手指不動(dòng)，就可以大大減小手指抖動(dòng)對(duì)試驗(yàn)的影響。(3)呼吸的影響。試驗(yàn)的原理主要是血液中的含氧量的變化進(jìn)而導(dǎo)致人體組織變化而檢測(cè)心率的，這樣就使得均勻呼吸和急促呼吸使人體內(nèi)的含氧量變化很大。據(jù)試驗(yàn)所得，當(dāng)人劇烈運(yùn)動(dòng)之后呼吸會(huì)比較局促，這時(shí)他的心率值就會(huì)波動(dòng)很大。正常情況下，心率指的是當(dāng)人心平氣和時(shí)的心跳值?？偨Y(jié)和展望心率指心臟每分鐘搏動(dòng)的次數(shù)，它能夠反映心臟的工作狀態(tài)。而心率計(jì)是常用的醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的心率測(cè)量在病人監(jiān)控臨床治療及體育競(jìng)賽等方面都有著廣泛的應(yīng)用。但在現(xiàn)實(shí)生活中，這種儀器可以直接測(cè)量心率不是很普遍，在許多小醫(yī)院中，醫(yī)生仍使用古老的手動(dòng)式聽(tīng)診器，大大影響了效率和治療時(shí)間。這為心率計(jì)的研究和生產(chǎn)奠定了必要的基礎(chǔ)。這篇文章是基于單片機(jī)的心率計(jì)設(shè)計(jì)，現(xiàn)在有一些市場(chǎng)研究和設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的FPGA設(shè)計(jì)的心率，無(wú)論是原理和過(guò)程基本上是一樣的！心率是由身體微弱的傳感器信號(hào)接收的原則，因?yàn)槿梭w的信號(hào)弱，一般放大系數(shù)要求高，超過(guò)100倍。心率計(jì)的硬件設(shè)計(jì)，包括微控制器的系統(tǒng)及顯示電路、信號(hào)采集和信號(hào)放大和濾波電路三部分組成。單片機(jī)采用AT89S52或其兼容系列。具有精度高12MHz晶體振蕩器以獲得更穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率，減少了測(cè)量誤差。單片機(jī)的P1.0的輸出端口40kHz的超聲波換能器所需的方波信號(hào)，外部中斷0來(lái)監(jiān)測(cè)從紅外傳感器輸出信號(hào)采集電路的信號(hào)。顯示電路采用簡(jiǎn)單實(shí)用的液晶顯示器，信號(hào)用LM358芯片放大?；趩纹瑱C(jī)心率計(jì)的軟件設(shè)計(jì)流程由主程序，中斷子程序流程圖和顯示子程序組成。據(jù)我所知C語(yǔ)言程序有利于實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的算法，匯編語(yǔ)言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間，而心率計(jì)的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算（時(shí)間t內(nèi)的平均值），又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間（動(dòng)脈搏動(dòng)時(shí)間），所以控制程序可以混合C和匯編語(yǔ)言編程的。焊完實(shí)物后，首先是硬件調(diào)試。電路的調(diào)試過(guò)程是檢驗(yàn)、修正設(shè)計(jì)方案的實(shí)踐過(guò)程，但也是對(duì)理論知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，解決各種問(wèn)題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是電路設(shè)計(jì)人員必須掌握的基本技能。把電子元器件連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)特定功能的關(guān)鍵一步是調(diào)試。調(diào)試方法有兩種：分塊調(diào)試法和整體調(diào)試法。在硬件檢測(cè)完之后，在沒(méi)有問(wèn)題的情況下可以輸入程序，調(diào)試程序的可行性，并加以修正，配合程序改動(dòng)系統(tǒng)的原理圖。文中的心率計(jì)使用了脈搏波作為源信號(hào)，當(dāng)然我還可以通過(guò)對(duì)心電圖的分析來(lái)研究心率，它們的后繼電路部分結(jié)構(gòu)都大同小異，主要的區(qū)別是前段的信號(hào)采集。本心率計(jì)適用于4—9V直流電壓，工作電流為100mA左右，心率計(jì)通電后，將手指固定在紅外傳感器之間即可檢測(cè)到人體的信號(hào)，并在液晶上顯示出來(lái)！當(dāng)然它也存在著一定的問(wèn)題，但我想在未來(lái)的研制和生產(chǎn)中，肯定會(huì)大大提高它的性能，極力改善它的缺點(diǎn)。結(jié)束語(yǔ)首先，我要感謝我的指導(dǎo)老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)中給予我悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，正是在許老師您的細(xì)心指導(dǎo)和關(guān)注之下，我順利完成了畢業(yè)論文設(shè)計(jì)和實(shí)物的制作。接著我要感謝學(xué)校和學(xué)院給了我們這么一次展示自己能力的機(jī)會(huì)，大學(xué)即將結(jié)束，在踏入社會(huì)前，學(xué)校為我們安排這么一次畢業(yè)度上有助于提高我的學(xué)業(yè)水平和生活適應(yīng)能力。最后，我要感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué)。在短短5個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，你們給了我許多寶貴的意見(jiàn)和很大的幫助，沒(méi)有你們我很難完成學(xué)業(yè)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)，真誠(chéng)的感謝你們。同時(shí)，我還要感謝我的室友和身邊的朋友，是他們給了我自信和力量，在和他們的相互幫助和啟發(fā)中，才有我今天的小小收獲。還有許許多多給予我學(xué)業(yè)上鼓勵(lì)和幫助的朋友，在此也一并表示衷心地感謝！謝謝大家！參考文獻(xiàn)陳文彬,王友赤.診斷學(xué)[M].人民衛(wèi)生出版社,2002.45-90.王瑞元,孫學(xué)川,熊開(kāi)宇.運(yùn)動(dòng)生理學(xué)[M].人民體育出版社,2002.76-81.[3]姜元恩，邢武；基于脈搏波速度測(cè)量的動(dòng)脈硬化檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2007.8.12(5).[4]姜元恩，邢武：半導(dǎo)體應(yīng)變片式脈搏傳感器在動(dòng)躲硬純檢測(cè)系統(tǒng)中酶應(yīng)用[Z].安徽省傳感器技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展論壇，2007.10.[5]朱彤、李婉媚．脈搏波傳導(dǎo)速度測(cè)定的新認(rèn)識(shí)[J].醫(yī)療保健器具，2006．(8).[6]羅志昌、張松、楊文鳴．脈搏波波形特征信息的研究[N]．北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)．1996.1.10(11).[7]趙玉霞等．橈動(dòng)脈脈圖在心血管血流動(dòng)力學(xué)定量監(jiān)測(cè)中的價(jià)值[N]．山東醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)．1994.1.20(1).[8]陳春曉等．無(wú)倉(cāng)Ⅱ，血管功能測(cè)試診斷儀的研究[J]．生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志，2003.1.15(33).[9]［日］.西山一郎,兆十編著.耿連發(fā),潘維林譯.自律型機(jī)器人制作[J].科學(xué)出版社OHM社2002.3.8-102.[德]WOLFGANGKLOSTERHALFEN UniversityofDusseldorf,4000Dusseldorf,FederalRepublicofGermany.Acomputer-controlledcardiotachometer1980,Vol.12(1),58-62.K.D.TAYLOR.Technicalnote--(KeywordsCardiotachometer,Pulsegenerator)Precisioncardiotachometercalibrator.Med.&Biol.Eng.&Comput.1977.15.476-478.附錄一：系統(tǒng)仿真圖附錄二：系統(tǒng)原理圖附錄三：系統(tǒng)PCB附錄四：源程序#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar#defineulongunsignedlong#defineLCD_DATAP0sbitLCD_RS=P2^5;sbitLCD_RW=P2^6;sbitLCD_E=P2^7;sbitXintiao=P1^0;sbitspeaker=P2^4;voiddelay5ms(void);//誤差0usvoidLCD_WriteData(ucharLCD_1602_DATA);/********LCD1602數(shù)據(jù)寫(xiě)入***********/voidLCD_WriteCom(ucharLCD_1602_COM);/********LCD1602命令寫(xiě)入***********/voidlcd_1602_word(ucharAdress_Com,ucharNum_Adat,uchar*Adress_Data);/*1602字符顯示函數(shù)，變量依次為字符顯示首地址，顯示字符長(zhǎng)度，所顯示的字符*/voidInitLcd();voidTim_Init();ucharXintiao_Change=0;uintXintiao_Jishu;ucharstop;ucharView_Data[3];ucharView_L[3];ucharView_H[3];ucharXintiao_H=100;ucharXintiao_L=40;ucharKey_Change;ucharKey_Value;ucharView_Con;ucharView_Change;voidmain(){InitLcd();Tim_Init();lcd_1602_word(0x80,16,"HeartRate:");TR0=1;TR1=1;while(1){if(Key_Change){Key_Change=0;View_Change=1;switch(Key_Value){case1:{View_Con++;if(View_Con==3)View_Con=0;break;}case2:{if(View_Con==2){if(Xintiao_H<150)Xintiao_H++;}if(View_Con==1){if(Xintiao_L<Xintiao_H-1)Xintiao_L++;}break;}case3:{if(View_Con==2){if(Xintiao_H>Xintiao_L+1)Xintiao_H--;}if(View_Con==1){if(Xintiao_L>30)Xintiao_L--;}break;}}}if(View_Change){View_Change=0;if(stop==0){if(View_Data[0]==0x30)View_Data[0]='';}else{View_Data[0]='';View_Data[1]='';View_Data[2]='';}switch(View_Con){case0:{lcd_1602_word(0x80,16,"HeartRate:");lcd_1602_word(0xc0,16,"");lcd_1602_word(0xcd,3,View_Data);break;}case1:{lcd_1602_word(0x80,16,"HeartRate:");lcd_1602_word(0x8d,3,View_Data);View_L[0]=Xintiao_L/100+0x30;View_L[1]=Xintiao_L%100/10+0x30;View_L[2]=Xintiao_L%10+0x30;if(View_L[0]==0x30)View_L[0]='';lcd_1602_word(0xC0,16,"WarningL:");lcd_1602_word(0xCd,3,View_L);break;}case2:{lcd_1602_word(0x80,16,"HeartRate:");lcd_1602_word(0x8d,3,View_Data);View_H[0]=Xintiao_H/100+0x30;View_H[1]=Xintiao_H%100/10+0x30;View_H[2]=Xintiao_H%10+0x30;if(View_H[0]==0x30)View_H[0]='';lcd_1602_word(0xC0,16,"WarningH:");lcd_1602_word(0xCd,3,View_H);break;}}}}}voidTime1()interrupt3{staticucharKey_Con,Xintiao_Con;TH1=0xd8;//10msTL1=0xf0;switch(Key_Con){case0:{if((P3&0x07)!=0x07){Key_Con++;}break;}case1:{if((P3&0x07)!=0x07){Key_Con++;switch(P3&0x07){case0x06:Key_Value=1;break;case0x05:Key_Value=2;break;case0x03:Key_Value=3;break;}}else{Key_Con=0;}break;}case2:{if((P3&0x07)==0x07){Key_Change=1;Key_Con=0;}break;}}switch(Xintiao_Con){case0:{if(!Xintiao){Xintiao_Con++;}break;}case1:{if(!Xintiao){Xintiao_Con++;}else{Xintiao_Con=0;}break;}case2:{if(!Xintiao){Xintiao_Con++