【基于STC89C52單片機(jī)的紅外脈搏測量儀設(shè)計(jì)（論文）9000字】

基于STC89C52單片機(jī)的紅外脈搏測量儀設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\u29758摘要 1317561.引言 2264051.1研究背景 2118391.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 3204621.3本文任務(wù)與目標(biāo) 454662.總體設(shè)計(jì)思路 5223652.1傳感器的選擇 5259692.2脈搏測量儀的結(jié)構(gòu) 6240763.硬件設(shè)計(jì) 7282013.１總體電路設(shè)計(jì) 7268053.２主控模塊設(shè)計(jì) 7282433.3信號(hào)采集電路模塊設(shè)計(jì) 8235243．3.2信號(hào)放大濾波及整形電路設(shè)計(jì) 10157143.4液晶顯示模塊設(shè)計(jì) 12271433.5聲光報(bào)警模塊設(shè)計(jì) 13168113.6藍(lán)牙通信模塊設(shè)計(jì) 1328472３.７按鍵電路模塊設(shè)計(jì) 148591４.軟件設(shè)計(jì) 1541604.1主程序設(shè)計(jì) 15202194.2定時(shí)器中斷程序流程 16242114.3INT中斷程序流程 16184034.4顯示程序流程 1744445.系統(tǒng)測試 1831653５.１系統(tǒng)硬件測試 189178５.２系統(tǒng)軟件測試 191146５.３測試結(jié)果 20275386.結(jié)語 21摘要脈搏蘊(yùn)含著人體狀況的信息，它可以反映人體系統(tǒng)的血液流動(dòng)特點(diǎn)，為醫(yī)生在臨床診斷時(shí)提供病人身體情況的判斷依據(jù)，常見的脈搏測量原理有使用壓電式傳感器，它的工作原理是檢測脈搏跳動(dòng)的皮膚波動(dòng)過程，用壓電式傳感器將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，但是該傳感器內(nèi)空氣室的電介質(zhì)易受環(huán)境溫濕度等影響，精度較差；還有使用應(yīng)變式傳感器，將脈搏跳動(dòng)的壓力作用于應(yīng)變片產(chǎn)生的變化轉(zhuǎn)化為電阻變化再輸出電信號(hào)，可以得到脈搏跳動(dòng)的數(shù)據(jù)，但是該傳感器的應(yīng)變片對于大應(yīng)變有較大的非線性，容易損壞。而光電式傳感器通過光電容積法獲取指尖末端的血液流動(dòng)特點(diǎn)，來得到脈搏信號(hào)，有著非接觸檢測、響應(yīng)時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。本課題設(shè)計(jì)了一種基于STC89C52單片機(jī)的紅外脈搏測量儀。它利用ST188傳感器來檢測脈搏信號(hào)，利用紅外光被手指血液吸收和反射的原理，從而得到脈搏次數(shù)和時(shí)間，同時(shí)增添了聲光報(bào)警模塊用于測量結(jié)果超出預(yù)設(shè)值時(shí)示警，藍(lán)牙模塊用于遠(yuǎn)程傳輸測量結(jié)果以實(shí)時(shí)監(jiān)控被測者的身體狀況。經(jīng)調(diào)試后，該系統(tǒng)可以正常地投入使用，達(dá)到了本次課題的設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：脈搏測量儀；STC89C52；ST188傳感器；遠(yuǎn)程監(jiān)控1.引言1.1研究背景脈搏是緣于心臟的舒縮導(dǎo)致血液流動(dòng)而使動(dòng)脈管壁擴(kuò)張這一現(xiàn)象，它有著重要的臨床意義，自古以來在中醫(yī)中就有“望、聞、問、切”的診脈手段，切即為切脈，通過脈象來判斷病人的身體狀況，但古代條件落后，中醫(yī)是靠手指按壓來獲得脈搏信息的，盡管脈診簡便、無創(chuàng)，也存在諸多缺點(diǎn)。首先切脈依據(jù)醫(yī)者的手指按壓辨別脈象，主觀感受及以往經(jīng)驗(yàn)容易影響醫(yī)者的診斷，其次切脈技巧也有一定難度，需要長足的練習(xí)和經(jīng)驗(yàn)才能做到測量準(zhǔn)確，最后，脈象的變化只能通過醫(yī)者表述，而不能直觀記錄和保存，不便于對脈象機(jī)理的研究。為了促進(jìn)中醫(yī)及脈診的發(fā)展應(yīng)用，要將傳統(tǒng)與現(xiàn)代結(jié)合，改善脈診的缺陷，實(shí)現(xiàn)客觀、準(zhǔn)確的診斷。在醫(yī)院的日常工作中，通常使用按壓脈搏計(jì)算病人的脈搏數(shù)的方法，為了省時(shí)省力，會(huì)測量10秒鐘內(nèi)的脈搏數(shù)估算來得到每分鐘脈搏數(shù)，這樣得到的數(shù)據(jù)偏差可能會(huì)較大，且容易受外部環(huán)境和主觀經(jīng)驗(yàn)的影響，仍然存在費(fèi)時(shí)費(fèi)力且精度低的問題，為改善這些問題，國內(nèi)外研發(fā)了各種技術(shù)先進(jìn)、效率高的脈搏測量儀，被普遍使用在多個(gè)領(lǐng)域，如老人日常保健的家用脈搏測量儀，使用運(yùn)動(dòng)器械時(shí)的脈搏監(jiān)測，醫(yī)院里為住院病人常規(guī)檢查脈搏等。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析由于科技水平的不斷提高，傳統(tǒng)的手指按壓測量脈搏的方式早已被摒棄，而是出現(xiàn)了高精度、多類型的各種脈搏測量儀，如附加測量脈搏功能的儀器電子血壓計(jì)如下圖1-1所示，動(dòng)脈血流的博動(dòng)會(huì)導(dǎo)致肌體的電阻發(fā)生相應(yīng)的改變，電子血壓計(jì)通過測量這種改變來得到脈搏信號(hào)，測量結(jié)果可在測量完血壓后顯示出來，血壓和脈搏超出正常范圍時(shí)會(huì)進(jìn)行語音提示，操作簡便，可用于家庭日常保健，實(shí)用性強(qiáng)。圖1-1電子血壓計(jì)近年來國內(nèi)外追求開發(fā)無創(chuàng)非接觸式型的脈搏心率測量儀，既能使測量前端不傷害人體，又能準(zhǔn)確地在體外獲取準(zhǔn)確的脈搏信息，而光電式脈搏傳感器依據(jù)光電容積法，檢測手指尖部血液流動(dòng)特征來得出生物信號(hào)，它以結(jié)構(gòu)簡單、無創(chuàng)、準(zhǔn)確度高、重復(fù)利用率高的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、日常保健等各個(gè)方面，市面上的高精度指夾式血氧測量儀也附加了利用光電式傳感器測脈搏的功能，實(shí)物如下圖1-2所示，它采用強(qiáng)大智能SOC芯片，運(yùn)用LambertBeer定律，升級(jí)數(shù)據(jù)處理算法，準(zhǔn)確檢測脈搏，無創(chuàng)無痛測量血氧。圖1-2指夾式血氧測量儀1.3本文任務(wù)與目標(biāo)本文的任務(wù)是閱讀有關(guān)文獻(xiàn)，查閱各種資料，了解國內(nèi)外關(guān)于脈搏測量儀的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用意義，同時(shí)介紹脈搏測量儀的研究意義和應(yīng)用領(lǐng)域，通過深入分析目前脈搏測量儀應(yīng)用中存在的問題，在現(xiàn)有的技術(shù)上加以改善，設(shè)計(jì)具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的光電式脈搏測量儀，它的功能如下：1.測量脈搏功能:短時(shí)間高精度測量每分鐘的脈搏次數(shù)。2.屏顯功能：顯示脈搏測量的數(shù)據(jù)。3.聲光報(bào)警功能：測量結(jié)果超出預(yù)設(shè)范圍時(shí)觸發(fā)聲光報(bào)警系統(tǒng)。4.遠(yuǎn)程監(jiān)控功能：測量結(jié)果超出預(yù)設(shè)值時(shí)給出短信提示。本文的目標(biāo)是軟件方面要完成基本程序的編寫，通過編譯且達(dá)到設(shè)計(jì)目的。硬件方面主要是繪制原理圖和PCB板進(jìn)行焊接，實(shí)驗(yàn)成品能夠演示基本功能，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求和目的，實(shí)現(xiàn)脈搏測量儀高精度、使用便捷、能報(bào)警及遠(yuǎn)程傳輸信息的功能。同時(shí)通過撰寫這次畢業(yè)論文，復(fù)習(xí)所學(xué)專業(yè)知識(shí)并將其融匯到本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，提升對所學(xué)知識(shí)的理解和運(yùn)用，也培養(yǎng)刻苦嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那笾窈蛣?dòng)手操作能力，以及嚴(yán)肅認(rèn)真的研學(xué)態(tài)度，正如校訓(xùn)中所說，學(xué)以致用，知行合一。2.總體設(shè)計(jì)思路本次課題為基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控脈搏測量儀設(shè)計(jì)，那么采集脈搏信息需要將生物信號(hào)轉(zhuǎn)化為電量信號(hào)，才能通過相應(yīng)電路做放大整形處理為單片機(jī)所識(shí)別，可以使用非接觸式的紅外傳感器來作為檢測元件，人體的血液中有大量的紅細(xì)胞，它們可以吸收紅外線，而血液的流動(dòng)又與心臟跳動(dòng)的節(jié)拍相對應(yīng)，即血液的流動(dòng)可對應(yīng)脈搏信息，當(dāng)手指末端處于紅外反射傳感器的發(fā)射管和接收管間的光傳播路徑時(shí)，血液流動(dòng)會(huì)導(dǎo)致傳感器產(chǎn)生脈沖信號(hào)，這就實(shí)現(xiàn)了生物信號(hào)到電量信號(hào)的轉(zhuǎn)變，但是脈搏心率信號(hào)為低頻非電生理信號(hào)，在強(qiáng)噪聲背景下顯得微弱，要想得到脈搏信息必須經(jīng)過放大整形及濾波電路的轉(zhuǎn)換，將脈沖經(jīng)信號(hào)采集電路放大濾波及整形后輸入到單片機(jī)，再通過單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器加以計(jì)算，就可以得出脈搏測量的時(shí)間和次數(shù)，這就是脈搏測量儀的工作原理?？刹捎秒妷鹤兓瘉懋a(chǎn)生脈沖，再利用單片機(jī)計(jì)算得出測量結(jié)果并儲(chǔ)存，輸送到顯示屏，在此基礎(chǔ)上添加藍(lán)牙模塊和報(bào)警系統(tǒng)，以此設(shè)計(jì)思路來實(shí)現(xiàn)本課題的設(shè)計(jì)要求。2.1傳感器的選擇目前市面上的脈搏測量儀大多為接觸式的傳感器檢測類型，投入使用時(shí)會(huì)有一些無法忽視的缺點(diǎn)，例如耳脈測量儀的可取之處是干凈、成本低，弊端是耳脈信號(hào)微小且經(jīng)常隨外界溫度變化影響，所得數(shù)據(jù)有偏差；指脈測量儀卻由于手指容易出汗而受到污損，使準(zhǔn)確度大大減?。灰酝鶓T常為病院的病患測量脈搏的儀器電子血壓計(jì)利用了微型氣泵加壓橡膠氣囊來進(jìn)行測量，但在使用的過程中，既會(huì)造成病患的腕部受到壓迫，也有精度不高等缺陷。但光電式的脈搏測量儀相對于傳統(tǒng)的脈搏測量儀,有許多優(yōu)點(diǎn)，首先,他的檢測部分不會(huì)直接侵入到人體,測量時(shí)也是無創(chuàng)而又沒有疼痛的；非接觸式就是意味著損耗小,可以反復(fù)地使用,降低了生產(chǎn)成本；而光電式傳感器的精度較之于傳統(tǒng)壓電式的傳感器要高,提高了對于測量結(jié)果的精度和準(zhǔn)確性。2.2脈搏測量儀的結(jié)構(gòu)光電脈搏測量儀主要是用光電脈搏傳感器通過采集來檢測脈搏的跳動(dòng),將其轉(zhuǎn)化成為一種可用的電子儀器來測量和分析顯示的電量信號(hào),他們的組成部分有下列介紹:光電傳感器是由紅外發(fā)射二極管和紅外接收二極管組成,它的工作原理是把接收到的紅外光轉(zhuǎn)換成便于測量的電壓、電流等可被單片機(jī)識(shí)別的量，是將生物信號(hào)轉(zhuǎn)化為電量信號(hào)的檢測元件；信號(hào)處理模塊，光電傳感器輸出的模擬量需要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路的處理才能為單片機(jī)所識(shí)別，這需要外圍電路；單片機(jī)電路為測量儀的主控模塊，單片機(jī)的運(yùn)行需要構(gòu)建外圍電路，包括晶振及外部中斷，其內(nèi)部的定時(shí)中斷計(jì)數(shù)功能可以計(jì)算信號(hào)處理電路給出的脈沖信號(hào)從而得出脈搏測量結(jié)果；LCD顯示電路即用于顯示單片機(jī)計(jì)算得出的脈搏次數(shù)，便于使用者直觀準(zhǔn)確地得出測量結(jié)果；聲光報(bào)警模塊的作用是當(dāng)測量結(jié)果超出預(yù)設(shè)值時(shí)蜂鳴器用以示警；藍(lán)牙模塊將測得的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)绞謾C(jī)上，實(shí)時(shí)監(jiān)控測量者的身體狀況；電源部分使用直流5V電源為光電傳感器模塊、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)及其外圍電路供電。它的原理框圖如下圖2-1所示：單單片機(jī)電源電路復(fù)位電路晶振電路按鍵輸入液晶顯示模塊藍(lán)牙通信模塊報(bào)警模塊St188紅外傳感器圖2-1光電脈搏測量儀原理框圖3.硬件設(shè)計(jì)3.１總體電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是以STC89C52單片機(jī)為處理核心，通過ST１８８紅外反射傳感器對脈搏次數(shù)進(jìn)行檢測，通過A/D轉(zhuǎn)換將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量傳輸信號(hào)至單片機(jī)。同時(shí)為了使整個(gè)設(shè)計(jì)更加貼合實(shí)際，在功能模塊上添加了報(bào)警電路模塊；為了方便人機(jī)交互，設(shè)計(jì)了按鍵電路模塊；為了實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)，設(shè)計(jì)了顯示電路模塊；為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸信息功能，添加了藍(lán)牙通信模塊，在最大程度上充實(shí)本次論題的內(nèi)容。本次設(shè)計(jì)基于STC89C52單片機(jī)，它的內(nèi)部定時(shí)器不僅可以迅速運(yùn)算輸入的數(shù)據(jù)，還能根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行編程，外圍電路構(gòu)建簡潔且整體功能強(qiáng)大，成本低，故障少。單片機(jī)的模式設(shè)為負(fù)跳變中斷模式，當(dāng)傳感器檢測到的模擬量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路成為脈沖信號(hào)后，輸入到單機(jī)STC89C52的/INTO腳，其工作原理是每次脈沖信號(hào)的下降沿到達(dá)時(shí)觸發(fā)單片機(jī)的中斷并開始計(jì)時(shí)，脈搏信號(hào)每到達(dá)一次加一，單片機(jī)將前五次的脈沖信號(hào)數(shù)所用時(shí)間求取平均值，估算一分鐘的脈搏次數(shù)，再輸送測量結(jié)果到LCD1602以顯示出來。3.２主控模塊設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的主控模塊是以單片機(jī)STC89C52為控制器，它的功能是計(jì)算由紅外傳感器檢測的經(jīng)放大整形輸出的脈沖電平數(shù)，實(shí)現(xiàn)方法是將單片機(jī)的工作模式設(shè)置為負(fù)跳變中斷觸發(fā)模式，單片機(jī)的內(nèi)部中斷是默認(rèn)不開放的，當(dāng)輸入的脈沖信號(hào)下降邊沿到來時(shí)內(nèi)部中斷并開始計(jì)時(shí)，計(jì)算五次脈沖信號(hào)間隔時(shí)間的平均值，以此估算每分鐘脈搏數(shù)；定時(shí)器中斷主要是為完成五次脈搏跳動(dòng)時(shí)間的定時(shí)功能。通過P0、P1傳送測量的脈搏數(shù)據(jù)到液晶顯示模塊。單片機(jī)的外圍電路包括復(fù)位電路和晶振電路。其中復(fù)位電路是由按鍵開關(guān)和電解電容并聯(lián)而成，排除電路獲得供電后，因干擾導(dǎo)致微控制器程序錯(cuò)亂的情況；晶振電路是由晶振和兩個(gè)電容并聯(lián)而成，為單片機(jī)提供時(shí)鐘頻率，可通過時(shí)鐘頻率計(jì)算單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器的基本參數(shù)。具體的單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖如圖3-3所示：圖3-3單片機(jī)最小系統(tǒng)3.3信號(hào)采集電路模塊設(shè)計(jì)3．3．1光電傳感器本次系統(tǒng)采用了反射式光電傳感器，反射式光電傳感器ST188結(jié)構(gòu)如圖3-4所示，ST188傳感器由紅外發(fā)光二級(jí)管和紅外接收三極管構(gòu)成，作用是檢測脈搏信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為電量信號(hào)，反射式光電傳感器結(jié)構(gòu)如圖3-4所示，該傳感器的檢測原理是心臟產(chǎn)生周期搏動(dòng)時(shí)，血液被大量擠入動(dòng)脈系統(tǒng)，血液流動(dòng)會(huì)對應(yīng)心臟的跳動(dòng)節(jié)拍，當(dāng)血液濃度改變時(shí)人體組織半透明度也會(huì)改變，如果血液流回心臟，人體組織的半透明度會(huì)增大，血液從動(dòng)脈根部流向系統(tǒng)時(shí)，人體組織半透明度會(huì)減小，這種現(xiàn)象會(huì)在組織較薄的身體部位更加明顯。因此本設(shè)計(jì)的傳感器檢測部位為人體的手指部位，發(fā)射出的紅外光在手指部位干擾光傳播路徑的情況下會(huì)反射到手指旁邊的光敏三管再轉(zhuǎn)換為電量信號(hào)，手指部位的血液流動(dòng)特征是隨心臟周期律動(dòng)而產(chǎn)生相應(yīng)周期變化，那么反射的紅外光也是周期性變化的，因此該電信號(hào)在轉(zhuǎn)換為脈沖電平后可以反映人體的脈搏信息，通過單片機(jī)的計(jì)數(shù)和顯示屏即可實(shí)時(shí)測量脈搏次數(shù)。圖3-4反射式光電傳感器圖3-5為ST188傳感器的具體電路圖,u2中左圖設(shè)備既發(fā)射紅外信號(hào)，也接收反射回的紅外信號(hào)，r10選擇470ω同時(shí)還是基于紅外接收三極管傳感器對紅外光的靈敏性進(jìn)行了感應(yīng)來考慮。手指末端從傳感器檢測點(diǎn)離開或被檢測到比較強(qiáng)的干擾光線時(shí),輸入端的直流電壓受到影響會(huì)發(fā)生巨大改變從而產(chǎn)生信號(hào)，為了讓此種信號(hào)不被LM358作為錯(cuò)誤的輸入信號(hào)，選用一個(gè)c4耦合電容來隔斷此電壓變化。圖3-5信號(hào)采集電路手指末端置于光傳播路徑時(shí)會(huì)有兩種情況：第一種是無脈期，也就是脈搏跳動(dòng)的間刻。盡管手指末端阻礙了紅外發(fā)射發(fā)射的紅外光傳輸，但是紅外接收管里存在暗電流，會(huì)使輸出電壓較低。第二種是有脈期，當(dāng)脈搏跳動(dòng)時(shí)，血液流動(dòng)降低手指組織的透光性，紅外接收管的暗電流會(huì)因此減小，輸出電壓隨之升高，由于該紅外傳感器輸出信號(hào)的頻率比較低，其脈沖信號(hào)需要經(jīng)過耦合濾波后消除干擾再輸入到線性放大電路的輸入端口。3．3.2信號(hào)放大濾波及整形電路設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用LM358運(yùn)算放大電路模塊，它的功能是放大脈搏信號(hào)，濾除干擾信號(hào)，實(shí)現(xiàn)將微弱脈搏信號(hào)這一模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)榭蔀閱纹瑱C(jī)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)的功能，具體電路如圖3-6所示。LM358是雙運(yùn)算放大器，有兩個(gè)獨(dú)立、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算放大器。適用于電源電壓范圍很寬的單電源使用，電源的電壓的大小并不影響電源耗電情況，也能雙電源工作。應(yīng)用場合包括傳感放大器、直流增益模塊和所有可用單電源供電的運(yùn)算放大電路。LM358二運(yùn)放電路的電源電壓上下限值寬，而且靜態(tài)功率損耗低，還能單電源供電，成本較低，憑借這些優(yōu)點(diǎn)被普遍運(yùn)用在各種需要運(yùn)算放大器的系統(tǒng)中。根據(jù)一階有源濾波電路的傳遞函數(shù)，可得：放大倍數(shù)為：200。截止頻率為：3.9HZ。根據(jù)人體運(yùn)動(dòng)后脈搏的跳動(dòng)特征，將200次、作為低通放大器的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，放大倍數(shù)是200倍，截止頻率是3.9HZ，滿足人體脈搏跳動(dòng)頻率最高值3.3HZ的要求，此設(shè)計(jì)不僅可以使正常范圍內(nèi)的人體脈搏信號(hào)順利通過，還能盡可能濾除易干擾的較低頻率信號(hào)。圖3-6低通放大電路人體脈搏信號(hào)在經(jīng)過上述低通放大電路后輸出的信號(hào)為疊加有噪聲的脈動(dòng)正弦波，如下圖3-7所示。圖3-7脈動(dòng)正弦波圖LM358是電壓比較器，它的作用是鑒別和比較輸入信號(hào)，可以看作是放大倍數(shù)接近無窮大的運(yùn)算放大器，當(dāng)“+”輸入端電壓高于“—”輸入端電壓時(shí)，電壓比較器輸出為高電平，反之輸出低電平，將輸入的正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率的方波信號(hào)，同時(shí)發(fā)光二極管會(huì)跟隨閃爍，即其閃爍次數(shù)與脈搏跳動(dòng)次數(shù)一一對應(yīng)，LM358輸出的低電平脈沖信號(hào)會(huì)送到單片機(jī)引腳/INTO，開始計(jì)算脈搏次數(shù)并由LCD1602顯示模塊向測量者展示測量結(jié)果，整形電路輸出波形如下圖3-8所示。經(jīng)過比較器LM358的輸出波形：圖3-8LM358輸出波形3.4液晶顯示模塊設(shè)計(jì)在單片機(jī)上常見的顯示模塊有數(shù)碼管顯示電路、LCD12684、LCD1602等模塊，本次設(shè)計(jì)采用LCD1602模塊，其功能是顯示測量的脈搏數(shù)據(jù)。實(shí)物圖和電路圖如圖３－１０所示：（a）LCD1602實(shí)物圖（b）LCD1602原理圖圖3-10顯示模塊實(shí)物圖和原理圖LCD１６０２模塊可以顯示兩行的內(nèi)容，每行有１６個(gè)可以顯示字符或者數(shù)字的字符液晶顯示模塊，這些模塊的控制原理大多是同樣的，LCD１６０２的工作原理是，液晶會(huì)隨著電壓的改變而產(chǎn)生不同的顯示效果，根據(jù)這個(gè)物理特性來將想要形成的圖形或者數(shù)字展現(xiàn)在特定位置，ASCLL值和字符相對應(yīng)。ASCLL值與字符是一一對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)系統(tǒng)上電后，實(shí)時(shí)顯示內(nèi)容，LCD1602能夠顯示簡單的圖形，對于輕小型人機(jī)交互設(shè)計(jì)非常方便。液晶顯示器具有厚度薄、顯示清晰、對比度可調(diào)等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此其使用范圍十分廣泛[4]。3.5聲光報(bào)警模塊設(shè)計(jì)為了突出本次設(shè)計(jì)的實(shí)用性，在設(shè)計(jì)時(shí)增加了聲光報(bào)警電路。主要作用是當(dāng)測試結(jié)果超出系統(tǒng)預(yù)設(shè)值的范圍時(shí)能夠給予使用者提示，它的結(jié)構(gòu)由蜂鳴器、1K限流電阻和PNP型三極管構(gòu)成。在蜂鳴器的選擇上主要有有源和無源型，由于本次設(shè)計(jì)只需滿足警示功能，因此蜂鳴器選擇了有源型，也就是通電就會(huì)發(fā)聲，同時(shí)采用穩(wěn)定、常見的PNP三極管進(jìn)行放大。電路圖如圖３－１１所示：圖3-11報(bào)警電路圖3.6藍(lán)牙通信模塊設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)要求遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，該功能可以實(shí)時(shí)傳輸脈搏測量結(jié)果到其他設(shè)備上，具有非常重要的實(shí)際意義，為此添加了JYD－３０藍(lán)牙模塊，其實(shí)物圖如下圖３－１２所示：透傳模塊符合藍(lán)牙３.０協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，它的工作頻段是２.４GHZ范圍，跟其他的遠(yuǎn)程監(jiān)控通信模塊比起來有短距離傳輸、功耗小、功率低、且傳輸數(shù)據(jù)快捷、可靠的特點(diǎn)。被普遍使用在各種需要數(shù)據(jù)傳輸?shù)漠a(chǎn)品類型中，如商場所用的POSE機(jī)，藍(lán)牙打印機(jī)，汽車電子等。它支持Android手機(jī)ＳＰＰ通信，可以將脈搏測量儀所測得的數(shù)據(jù)通過次藍(lán)牙模塊傳輸?shù)桨惭b了相應(yīng)APP的手機(jī)上，以便于醫(yī)護(hù)人員實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控病患的身體狀況，具有很大的作用。藍(lán)牙模塊LED燈閃爍，連接成功后LED燈為常亮，指尖末端的的脈搏信息就可傳輸?shù)竭B接設(shè)備上。３.７按鍵電路模塊設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)中增加了按鍵電路模塊，它能提高人機(jī)交互和使用的方便性，根據(jù)實(shí)際情況對系統(tǒng)做出工作模式的改變，按鍵電路分為矩陣式和獨(dú)立式，矩陣式按鍵在滿足多按鍵使用時(shí)需要的I／O口卻較少，但是設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，成本相對較高；而獨(dú)立式按鍵運(yùn)用較為簡潔，一個(gè)按鍵對應(yīng)一個(gè)I/O口，成本也較低。本次設(shè)計(jì)的需求只是設(shè)置脈搏測量數(shù)據(jù)的上下限閾值，當(dāng)測量結(jié)果超出預(yù)設(shè)閾值時(shí)系統(tǒng)蜂鳴器報(bào)警，并沒有其他的按鍵功能需求，因此選擇了獨(dú)立按鍵。其按鍵電路原理圖如圖３－１３下所示：圖３－１３按鍵電路原理圖４.軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)可分為主程序、定時(shí)器中斷程序、INT中斷程序、液晶顯示等。本次使用的程序語言為C語言，可讀性好，運(yùn)行速度快，功能強(qiáng)大。本次程序可以測出每分鐘脈搏數(shù)，自動(dòng)保存上一次的測量結(jié)果，由LCD１６０２液晶屏顯示。4.1主程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)按照預(yù)設(shè)方式運(yùn)行需要主程序控制，上電后首先進(jìn)行單片機(jī)的初始化，需要設(shè)定與定時(shí)器、中斷、串口相關(guān)的特殊功能寄存器，還有連接按鍵所需I/O口的初始狀態(tài)及測量脈搏所用的紅外發(fā)射電路的初始狀態(tài)，賦初值給內(nèi)存中所需要的寄存器，由于中斷是默認(rèn)不開放的，還需要打開中斷允許、啟動(dòng)定時(shí)器等，再開始主程序循環(huán)，系統(tǒng)初始化完成以后再進(jìn)行各外部硬件功能模塊控制相應(yīng)子程序，如定時(shí)器中斷、外部中斷、液晶顯示等。該流程圖如下圖4-1所示:圖4-1主程序流程圖4.2定時(shí)器中斷程序流程定時(shí)器中斷服務(wù)程序包括５０ｍｓ計(jì)時(shí)、按鍵模塊狀態(tài)監(jiān)測、脈搏信號(hào)是否能被檢測到等部分組成，當(dāng)定時(shí)器的中斷開始運(yùn)行，計(jì)算每５０ｍｓ內(nèi)的脈搏信號(hào)，如果在１.２５ｓ內(nèi)未檢測到脈搏信號(hào)，則LED指示燈不會(huì)閃爍，液晶屏也不顯示；如果在１．２５ｓ內(nèi)能夠檢測到脈搏信號(hào)，則計(jì)算脈搏的平均間隔時(shí)間，以此估算每分鐘脈搏跳動(dòng)次數(shù)，并保存在寄存器中。同時(shí)測試按鍵模塊是否為復(fù)位測試值，如果是復(fù)位測試值就能再次測試。4.3INT中斷程序流程INT中斷程序的功能是測量外部脈搏脈沖信號(hào)，它的觸發(fā)方式是檢測按鍵按下，當(dāng)測量開始時(shí)，每有一個(gè)脈搏信號(hào)到來，以邊沿觸發(fā)的方式，單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器會(huì)根據(jù)１.２５ｓ內(nèi)的脈搏間隔平均值估算得出每分鐘脈搏跳動(dòng)次數(shù)，外部中斷程序流程圖如下圖４－２所示：圖4－２INT中斷程序流程圖4.4顯示程序流程測量結(jié)果由經(jīng)液晶顯示模塊顯示，顯示程序包括LCD１６０２的初始化，寫入設(shè)置的命令，經(jīng)過５ｍｓ延時(shí)后檢查忙信號(hào)，獲得顯示RAM的地址，再經(jīng)過５ｍｓ的延時(shí)寫入相應(yīng)的脈搏數(shù)據(jù)并在指定區(qū)域顯示，其流程圖如下圖４－３所示：圖4－３顯示程序流程圖5.系統(tǒng)測試５.１系統(tǒng)硬件測試實(shí)物焊接完成后需要測試基本功能，來驗(yàn)證和改進(jìn)設(shè)計(jì)的功能和缺陷。具體方法如下：系統(tǒng)上電后，正常情況下LCD1602應(yīng)顯示沒有測量數(shù)據(jù)的畫面，若LCD１６０２液晶顯示屏畫面無顯示，采取檢查電源部分是否有損壞的措施，更換電源后故障排除。正常情況下，手指擺放在ST１８８紅外傳感器上時(shí)，測量脈搏的數(shù)據(jù)不會(huì)因?yàn)槭种笖[放的位置而發(fā)生改變，若出現(xiàn)數(shù)據(jù)隨手指擺放位置改變而改變的情況，或者未放置手指LCD顯示屏仍會(huì)有數(shù)據(jù)顯示，原因主要是光電傳感器受到電磁波和其他光線等干擾信號(hào)影響，通過在一級(jí)放大電路采用電磁屏蔽，檢測端增加密光性好的吸光指套式外殼來吸收二次反射的光線，從而解決這一問題。正常情況下，傳感器輸出端的波形經(jīng)示波器顯示的正弦波，通過放大整形電路處理后，產(chǎn)生正常的脈沖信號(hào)，若出現(xiàn)脈沖信號(hào)仍微小的情況，采取調(diào)整電阻阻值，提高電路放大倍數(shù)的措施來解決該問題。正常情況下，復(fù)位鍵盤按下后液晶顯示屏并顯示復(fù)位畫面，若復(fù)位按鍵對液晶顯示畫面無改變作用，采取檢查獨(dú)立鍵盤電路與電路焊接的措施，重新調(diào)整焊接不緊的部位后問題得到解決。５.２系統(tǒng)軟件測試軟件測試通過如下步驟進(jìn)行：系統(tǒng)上電后，正常情況下液晶顯示屏的畫面穩(wěn)定，若出現(xiàn)畫面閃動(dòng)，則不斷調(diào)整延時(shí)函數(shù)，消除該現(xiàn)象。正常情況下，測試結(jié)果超出正常范圍時(shí)蜂鳴器報(bào)警，若出現(xiàn)當(dāng)測試的脈搏次數(shù)超過預(yù)設(shè)值時(shí)蜂鳴器始終沒有發(fā)出警報(bào)聲的情況，原因是蜂鳴器的發(fā)聲原理是利用利用內(nèi)部線圈的電磁感應(yīng)來使振動(dòng)膜震動(dòng)發(fā)聲，而只靠單片機(jī)I/O口輸出的電流不足以讓蜂鳴器的電磁線圈產(chǎn)生感應(yīng)，采取增加電流放大電路倍數(shù)的措施，引腳連接三極管的基極，輸出高電平時(shí)蜂鳴器不報(bào)警，輸出低電平時(shí)三極管導(dǎo)通，蜂鳴器報(bào)警。正常情況下，測量數(shù)據(jù)所得時(shí)間無誤差，根據(jù)晶體的振蕩頻率計(jì)算內(nèi)部定時(shí)器的基本參數(shù)，若出現(xiàn)秒表時(shí)間對比有誤差的情況，