基于51单片机的心电监测系统
基于51单片机的心率计设计
基于51单片机的心率计设计一、引言心率是人体健康状况的一个重要指标,测量心率对于预防心血管疾病和监控身体健康非常重要。
本文将介绍基于51单片机的心率计的设计。
二、硬件设计1. 传感器心率计的核心是心率传感器,用于检测心脏的跳动并转化为电信号。
常见的心率传感器有光电传感器和压电传感器。
本设计选用光电传感器,通过红外光发射二极管和光敏二极管组成,以非侵入性的方式测量心率。
2. 信号放大与滤波电路由于心率信号较小,需要经过放大与滤波电路进行信号处理。
设计中使用运放对信号进行放大,并通过带通滤波器滤除杂散信号。
3. 数模转换放大滤波后的心率信号是模拟信号,需要通过模数转换器(ADC)将其转换为数字信号,以便后续处理和显示。
4. 显示屏心率计的设计中需要一个合适的显示屏来显示测量出的心率数值。
常见的显示屏有LCD液晶屏和LED数码管。
5. 51单片机本设计使用51单片机作为控制核心,负责对信号的采集、处理和显示。
51单片机具有成熟的开发环境和丰富的外设资源,非常适合嵌入式系统的设计。
三、软件设计1. 信号采集通过51单片机的IO口连接传感器,定时采集传感器输出的心率信号,并将其转换为数字信号。
2. 信号处理通过软件算法对采集到的心率信号进行滤波和处理,去除噪声和干扰,提取出准确的心率数值。
3. 心率计算根据心率信号的特征,设计一个合适的算法对心率进行计算。
常用的算法有峰值检测法和自相关法等。
4. 数据显示将计算得到的心率数值通过LCD屏或数码管显示出来,以便用户直观地了解自己的心率状况。
四、实验结果与讨论经过实验验证,基于51单片机的心率计设计能够准确地测量心率,并将心率数值显示在屏幕上。
通过与商用心率计的比对,结果显示该设计具有较高的准确性和稳定性。
五、应用前景基于51单片机的心率计设计可以应用于医疗领域、体育训练和健康监控等方面。
例如,可以将心率计嵌入健康手环中,实时监测用户的心率状况,并提醒用户进行适当的运动。
基于51单片机心率测量电路设计
基于51单片机心率测量电路设计作者:蒋铁生来源:《科学导报·学术》2019年第10期1.1选题背景心率是人的重要的可被测量的生理指标。
在现代社会,随着人类社会生活水平的提高,人们的生活方式和饮食结构的改变,高血压,冠心病等心脏方面的疾病渐渐成为人们的常见病。
由有关数据显示,中国城市人口每五个成年人中就有一个人患有不同程度的心血管方面的疾病。
由于心脏不健康而导致的心肌梗塞,猝死等事件时有发生,并且心脏疾病方面发病率逐年提升,发病年龄也是下降趋势。
要减小心血管疾病给人们带来的健康危害,早期有效的测量設备与判断方法是十分重要的。
心率是人体十分重要有效的信息,是可以被检测的生物信号,它是反映心脏是否正常工作的一个重要参数,可以根据心率值判断一个人是否患有心率过速,早搏等几种常见的心脏病。
因此,设计一种简单,能显示心率的仪器十分有必要。
1.2 主要内容本心率测量电路设计是一个硬软件相结合的设计类题目。
要求设计一个基于51单片机的心率的检测电路。
可以实现与心率检测功能,整个系统电路的设计功能包括:1、使用MAX30102心率传感器模块进行心率采集;2、使用STC89C52芯片为控制核心;3、使用OLED液晶进行显示。
2 总体方案设计2.1整体设计思路本设计采用的是STC89C52芯片,通过STC89C52最小系统,心率模块、液晶屏,实现心率的测量与现实。
实时的心率显示在OLED液晶上。
由于STC89C52有较多的引脚数,能实现OLED液晶驱动以及实时心率测量等这些功能。
电源部分是通过USB线来外接可移动电源或电池供电。
2.2心率测量模块光电式传感器。
光电式传感器测量方法灵活多样,可测量参数较多,具有非接触,高精度,高分辨率,高可靠性,反映快等特点。
适合用来测量心率。
测量原理:随着心脏的跳动,人体组织半透明随之改变,当血液到达人体组织时,组织班透明度减小,当血液回流心脏时,组织的半透明度加大。
这种现象在人体组织较薄的地方比较明显,例如手指尖,耳垂部位。
基于51单片机的心率体温检测系统设计
基于51单片机的心率体温检测系统设计随着科技的不断进步,智能化设备在日常生活中的应用越来越广泛。
心率体温检测系统作为一种应用广泛的智能设备,可以实时监测人体的心率和体温的变化情况,为人们的健康提供及时准确的数据支持。
本文将介绍一个基于51单片机的心率体温检测系统的设计方案。
一、系统概述本心率体温检测系统由硬件和软件两部分组成,硬件部分包括传感器模块、信号处理模块和显示模块,软件部分则是通过51单片机进行数据的采集和处理,并在显示模块上进行实时的结果显示。
二、硬件设计1. 传感器模块本系统采用心率传感器和体温传感器进行数据的采集。
心率传感器采集心率信号,体温传感器采集体温信号。
这两个传感器通过模拟信号将采集的数据传递给信号处理模块。
2. 信号处理模块信号处理模块对从传感器模块采集到的心率和体温信号进行滤波和放大处理,提高信号的精确性和可读性。
经过处理后的信号将被发送给显示模块进行实时显示。
3. 显示模块显示模块采用OLED显示屏,可以实时显示心率和体温的数值,以及相应的警报信息。
用户可以通过显示屏上的按键进行操作和设定。
三、软件设计1. 数据采集51单片机通过模拟输入引脚采集来自传感器模块的心率和体温信号。
通过定时中断的方式,可以实现对信号的连续采集。
2. 数据处理采集到的数据通过A/D转换进行数字化,并存储到内部RAM中。
通过计算和处理,可以得到心率和体温的准确数值。
3. 数据显示通过串行通信接口,将处理后的数据发送到显示模块,并通过OLED显示屏进行实时展示。
用户可以通过按键控制,实现不同数据的显示切换。
四、系统特点1. 精确性高本系统通过合理的传感器选择和信号处理,可以保证心率和体温数据的准确性,为用户提供可靠的健康数据支持。
2. 实时监测本系统能够实时监测心率和体温的变化情况,并将结果实时显示在屏幕上。
用户可以时刻关注自身的健康状况。
3. 便捷性基于51单片机的心率体温检测系统体积小巧,易于携带和使用。
电子信息工程专业毕业论文--基于51单片机的数字心率计的设计
数字心率计的设计摘要:本文是基于51单片机数字心率计的设计,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。
这样就实现了心率计数的功能,进一步达到了检测疾病的目的。
关键词:AT89S51单片机、心率计数器、LM358PDESING OF DIGITAL HEARAT RATE METERAbstract:This paper is the design of 51 single-chip digital rate meter based on the infrared tube, sensor and photoelectric conversion principle to detect heart rate. Heart rate meter to receive signals through the weak fluctuation in the finger of perception, so as to avoid unnecessary trouble caused by the artificial stethoscope. A heart rate sensor sampling pulse signal, uses AT89S51 as the MCU, a heart rate sensor output Fang Bo incoming MCU, MCU each receives a pulse waveform, digital tube counting time. The number of beats overrun with buzzer alarm. Increase power triode, drive to work. So as to realize the heart rate counting functions, further can detect diseases purpose.Key words:Heart counter、AT89S51、LM358P目录1、引言 (1)2、系统方案选择与论证 (1)2.1、任务 (1)2.2、心率计的选用 (1)2.3、各个电路的选择 (2)2.3.1、脉搏传感器部分 (2)2.3.2、单片机选择 (2)2.3.3、显示部分 (3)2.3.4、系统各模块的最终方案 (3)3、系统简述 (3)4、本系统核心器件简介 (4)4.1、 AT89S51单片机 (4)4.1.1、电源引脚 (5)4.1.2、外接晶体引脚 (5)4.1.3、控制信号或与其它电源复用引脚 (6)4.2、复位电路 (7)4.2.1、单片机复位电路 (7)4.2.2、按键电路 (7)4.2.3、振荡电路 (7)4.2.4、液晶电路 (8)4.3、 LM358P放大器 (10)5、程序设计 (12)6、软件的调试 (14)7、结束语 (15)参考文献 (16)谢辞 (17)附录1 程序清单 (18)附录2 系统原理图 (26)附录3 PCB图 (28)1引言随着社会的发展,人们的生活节奏越来越快了,面对越来越繁忙的工作,人们并不能像以前那样去做定期的体检啦。
基于51单片机的心率计设计
基于51单片机的心率计设计一、引言心率是反映心脏功能的重要指标之一,对于人体健康的监测具有重要意义。
本文将介绍一种基于51单片机的心率计设计方案,通过测量心电信号来实时监测心率变化,并将结果显示在液晶屏上。
二、硬件设计1. 传感器选择心电信号的采集是心率计设计的关键,常用的传感器有心电图传感器和心率带。
本设计选择心电图传感器作为采集装置,它能够直接测量心脏电活动,并将信号转化为模拟电压。
2. 信号放大与滤波由于心电信号较弱且容易受到干扰,需要对信号进行放大和滤波处理。
可以采用运算放大器进行信号放大,并通过滤波电路去除高频干扰和基线漂移。
3. 信号采样与转换经过放大和滤波处理的心电信号需要进行模数转换,将模拟信号转换为数字信号以便单片机处理。
可以选择12位的AD转换器进行采样,并通过SPI接口与单片机进行通信。
4. 单片机控制与显示选取51单片机作为控制核心,通过编程实现信号的采集、处理和显示功能。
使用GPIO口与AD转换器和液晶屏连接,通过串口通信实现与电脑的数据传输。
三、软件设计1. 信号采集与处理通过单片机的GPIO口实现对AD转换器的控制,进行心电信号的采集。
同时,通过软件滤波算法对信号进行滤波处理,去除噪声和干扰。
2. 心率计算心率的计算可以通过测量心跳的时间间隔来实现。
在信号处理过程中,可以设置一个阈值,当信号超过该阈值时,计数器加一。
根据连续心跳的次数和采样频率,可以计算出心率的值。
3. 数据显示与存储通过液晶屏显示心率的实时数值,并提供用户界面操作。
同时,可以通过串口将数据传输到电脑进行进一步的分析和存储。
四、实验结果与讨论本设计基于51单片机成功实现了心率计的功能。
通过实验验证,心率计能够准确地测量心率,并实时显示在液晶屏上。
通过与商用心率计进行对比,结果表明本设计具有较高的准确性和稳定性。
五、总结与展望本文介绍了一种基于51单片机的心率计设计方案。
通过对心电信号的采集、处理和显示,实现了心率的实时监测。
基于51单片机便携式心率测试仪的研究与设计
基于单片机的便携式心率测试仪的设计系部名称:电气与信息工程学院专业班级:测控技术与仪器082班学生姓名:李强国指导教师:胡文静职称:教授哈尔滨理工大学二○一三年七月摘要心率测量仪在我们的日常生活中已经得到了非常广泛的应用。
为了提高心率测量仪的简便性和精确度,本设计计了一种基于51单片机的心率测量仪。
系统以AT89S51单片机为核心,以红外发光二极管和光敏三极管为传感器,并利用单片机系统内部定时器来计算时间,由光敏三极管感应产生脉冲,单片机通过对脉冲累加得到脉搏跳动次数,时间由定时器定时而得。
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,在脉搏数超过设定上下限时蜂鸣器报警。
经测试,系统工作正常,达到设计要求。
关键词:心率测量仪;AT89S51单片机;红外发光二极管;光敏三极管;蜂鸣器。
ABSTRACTHeart rate measuring instrument in our daily lives has been widely used. In order to improve the pulse measuring instrument is simple and accurate, the design method based on 51 single chip Heart rate measuring instrument. System based on the AT89S51 single-chip microcomputer as the core, with the infrared emitting diode and a photosensitive triode sensor three, and the use of MCU internal timer to calculate time, a photosensitive triode induction pulse three, single chip microcomputer based on pulse accumulation by pulse number, and time by the timer timer. System can display the pulse frequency and duration, the system stops running, can display the total pulse frequency and duration, the pulse number exceeds the set upper and lower limit alarm buzzer. After testing, the system is working properly, achieves the design requirements.Key words:Heart rate measuring instrument;AT89S51 single chip microcomputer;Infrared emitting diode;A three transistor;Buzzer.目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章引言 (3)概述 (3)基于单片机的心率测试仪的发展与应用 (4)设计说明书内容 (5)第2章整体方案分析 (6)任务 (6)要求 (6)设计时要考虑的问题 (6)2.3.1环境光对脉搏传感器测量的影响 (6)2.3.2电磁干扰对脉搏传感器的影响 (7)2.3.3测量过程中运动噪声的影响 (7)系统基本方案 (7)2.4.1脉搏传感器部分 (7)2.4.3显示部分 (9)整体方案 (9)第3章硬件电路设计分析 (11)控制器 (11)3.1.3A T89C51的结构 (12)脉搏信号采集 (15)3.2.1光电传感器的结构及原理 (15)图透射式光电传感器图 (15)3.2.2 信号采集电路 (15)信号放大 (16)波形整形电路 (17)单片机处理电路 (18)显示电路 (19)3.6.1 LED 的综述 (20)3.6.2LED 的结构 (20)3.6.3LED数码管的显示方法 (20)本章总结 (21)第四章软件系统 (22)主程序流程: (22)定时器中断程序流程: (22)INT中断程序流程: (23)显示程序流程: (23)软件说明 (24)结束语 (25)参考文献 (26)致谢 (28)附录 (29)附录A STATEFLOW原理图 (29)附录B SIMULINK原理图 (30)附录C BOILER P LANT MODEL SIMULINK图 (31)附录D STATEFLOW子状态仿真图 (32)附录E STATEFLOW的模型查看器 (34)附录F STATEFLOW 的仿真结果及生成的源代码 (35)附录G英文文献翻译 (42)第1章引言概述心脑血管疾病是当今全球死亡率最高的疾病,是21世纪人类健康的头号杀手。
基于51单片机的心率体温测试系统
摘要本文介绍了一种基于51单片机的心率体温采集系统。
首先介绍了51系列单片机的内部相关配置、工作原理以及编程方法,其次介绍了温度传感器PT100的相关测温方法以及通过红外光电传感器TCRT5000对射的方法来抓取人体脉搏信号。
此次设计的电路部分主要包括:传感测量电路、放大电路、滤波整形电路、AD转换电路、计数显示电路、控制电路、电源供电电路等。
通过按键开始测试,将PT100及TCRT5000输入的微弱信号进行放大整形,最后AD采集转换传送给单片机,在LCD1602上显示相关体温及心率信息。
本次硬件设计基于比较稳定可行、低成本的设计思想,软件设计采用模块化的设计方法,并且详细分析了红外传感器TCRT5000应用于心率测量上以及PT100应用于温度测量上的原理及优点,阐述了其他各配合电路的组成与工作特点,并且通过仿真进行电路的可行性验证,最后完成实物电路的设计,使得本次课题的预期结果得以实现。
关键词:51单片机;传感器;仿真;AD转换IAbstractThis paper introduced a heart rate and body temperature acquisition system that based on 51 single chip microcomputer. First the internal configurations of 51 single chip microcomputer are introduced. And the paper also tell how 51 single chip microcomputer works and how can we program on it. Then the method of using temperature sensor PT100 to get body temperature is introduced, and we use infrared photoelectric sensor TCRT5000 to get the pulse signal of human body.The design of the circuit mainly comprises sensing circuit , amplifying circuit, filtering and shaping circuit, AD converting circuit, counting and displaying circuit, controlling circuit, power supplying circuit and so on. When the keyboard is pressed, the system starts to get signal. The small signal from PT100 and TCRT5000 will be amplified and shaped. Then ad converter will change the analog signal into digital signal and send to 51 single chip microcomputer . At last LCD1602 will display the information of body temperature and heart rate.Keywords: Piezoelectric sensors;control circuit;counters;Multisim2001 simulation software control circuit.II目录第一章引言 (1)1.1 心率体温测试计研究的意义 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.3 设计内容 (4)第二章51系列单片机功能简介 (5)2.1 51系列单片机的内部结构 (5)2.2 51单片机所使用的编程语言 (6)2.2.1 汇编语言 (6)2.2.2 C51语言 (7)第三章电路常用芯片介绍 (9)3.1 温度传感器PT100介绍 (9)3.2 红外反射式传感器TCRT5000介绍 (9)3.3 AD转换芯片ADC0804介绍 (11)3.4 LCD1602液晶显示屏介绍 (12)3.5 比较器LM393介绍 (14)第四章硬件设计 (16)4.1 硬件总框图设计 (16)4.2 体温采集电路设计 (16)4.2.1 PT100传感器电路 (16)4.2.2 信号放大电路 (17)4.2.3 AD转换电路 (17)4.3 心率信号采集电路设计 (18)4.3.1 红外发射电路 (18)4.3.2 红外接收电路 (18)4.3.3 二级信号放大电路 (19)4.3.4 滤波电路 (19)4.3.5 波形变换电路 (20)4.4 按键电路设计 (20)4.5 LCD1602显示电路设计 (21)4.6 报警电路设计 (21)第五章软件设计 (23)5.1 总程序设计和流程图 (23)5.2 体温采集部分程序设计 (26)5.3 心率信号采集部分程序设计 (26)5.4 按键中断程序设计 (27)5.5 LCD1602显示程序设计 (27)5.6 STC89C52的EEPROM数据保存程序设计 (28)5.7 时钟功能模块的设计 (28)III目录第六章实物验证及结论 (29)6.1 实物验证 (29)6.2 结论 (31)参考文献 (32)致谢 (33)附录 (34)IV第一章引言1.1 心率体温测试计研究的意义随着科技的不断发展,现代社会对各种信息参数的准确度和精确度的要求都有了几何级的增长,而如何准确而又迅速的获得这些参数就需要受制于现代信息基础的发展水平。
基于51单片机的心率体温检测系统设计
目录摘要 (I)Abstract (II)引言 (1)1 控制系统设计 (2)1.1 主控系统方案设计 (2)1.2 脉搏传感器方案设计 (3)1.3 系统工作原理 (5)2 硬件设计 (6)2.1 主电路 (6)2.1.1 单片机的选择 (6)2.1.2 STC89C51的主要功能及性能参数 (6)2.1.3 STC89C51单片机引脚说明 (6)2.2 驱动电路 (8)2.2.1 比较器的介绍 (8)2.3放大电路 (8)2.4最小系统 (11)3 软件设计 (13)3.1编程语言的选择 (13)3.2 Keil程序开发环境 (13)3.3 STC-ISP程序烧录软件介绍 (14)3.4 CH340串口程序烧写模块介绍 (14)4 系统调试 (16)4.1 系统硬件调试 (16)4.2 系统软件调试 (16)结论 (17)参考文献 (18)附录1 总体原理图设计 (20)附录2 源程序清单 (21)致谢 (25)摘要随着日新月异科技发展,在心率体温测量方面,我们取得了迅速的发展,就近日而言,脉搏测量仪已经在多个领域大展身手,除了在医学领域有所建树,在人们的日常生活方面的应用也不断拓展,如检疫中心的额温枪都用到了技术先进的脉搏测量仪。
在今年的疫情爆发的同时,我们可以积极应对,利用所学的知识,方便高效地检测出人体有无异常体温,在上学签到时,我们可以利用此来检测温度,预防集体性感染事件。
为了在心率测量仪的精准性和便携性方面做出重大改变,我计划设计一种以51单片机为核心的心率体温测量仪。
我们的心率体温检测系统以STC89C51单片机为核心,借用单片机系统的内部计时器计算时间。
其大致的步骤为通过ST188光电传感器感应生成脉冲,心跳次数由单片机累计所得,其对应的时间根据定时器获取。
本设计使用的时候可以展现脉搏心率次数以及时间长短,当其终止使用的时候可以展示总的脉搏心率次数以及时间长短。
经过我的个人测试,系统成功运行,符合设计要求。
基于51单片机的心率体温检测程序 (2)
基于51单片机的心率体温检测程序引言心率体温检测在医疗行业中具有重要的意义。
传统的心率体温检测设备通常较为复杂且体积较大,而近年来,随着51单片机技术的不断进步,通过单片机来实现心率体温检测变得更加简便和便携。
本文将介绍一种基于51单片机的心率体温检测程序。
心率检测原理心率检测的原理是通过测量心脏搏动的频率来推测心率。
常用的方法是将一个光传感器放置在皮肤上,通过光的反射来检测血液的流动情况。
当血液流动时,反射的光强度会发生变化。
通过测量光传感器的输出电压变化,可以计算出心率。
体温检测原理体温检测的原理是通过测量人体的温度来推测体温。
常见的方法是使用温度传感器,将其放置在人体的腋下或口腔内。
传感器会感应到人体的温度变化,并将温度转化为电信号。
通过测量传感器的输出电压或电流,可以获得人体的体温。
设备列表•51单片机开发板•光传感器•温度传感器•LCD显示屏•连接线硬件连接1.将光传感器连接到51单片机的模拟输入引脚。
2.将温度传感器连接到51单片机的模拟输入引脚。
3.将LCD显示屏连接到51单片机的数字输出引脚。
软件实现1.配置51单片机的模拟输入引脚和数字输出引脚。
2.在主程序中循环执行以下动作:–读取光传感器的输出电压,并计算出心率。
–读取温度传感器的输出电压或电流,并计算出体温。
–将心率和体温值显示在LCD屏幕上。
以下是伪代码示例:#include <reg51.h>sbit LightSensor = P1^0;sbit TempSensor = P1^1;sbit LCD_RS = P2^0;sbit LCD_RW = P2^1;sbit LCD_EN = P2^2;void ReadLightSensor(){// 读取光传感器的输出电压}void ReadTempSensor(){// 读取温度传感器的输出电压或电流}void DisplayData(){// 在LCD屏幕上显示心率和体温值}void main(){while(1){ReadLightSensor();ReadTempSensor();DisplayData();}}总结基于51单片机的心率体温检测程序是一种简便和便携的心率体温检测解决方案。
基于51单片机的心律失常床边监护系统的设计
基于51单片机的心律失常床边监护系统的设计随着人们生活水平的提高和医疗技术的进步,人们对健康的关注度也越来越高。
心脏疾病是目前世界上最常见的疾病之一,而心律失常是心脏疾病中最常见的一种。
为了及时监测和处理心律失常,设计一种基于51单片机的心律失常床边监护系统是非常必要的。
本文将介绍这种心律失常床边监护系统的设计原理和功能。
首先,我们需要了解心律失常的特点和危害。
心律失常是指心脏的节律异常,包括心跳过快、过慢、不规则等情况。
心律失常可能导致心脏供血不足,甚至引发心脏骤停等严重后果。
因此,及时监测心律失常的发生是非常重要的。
基于51单片机的心律失常床边监护系统主要由心电图采集模块、信号处理模块、报警模块和显示模块组成。
心电图采集模块是系统的核心部分,它通过电极将患者的心电信号采集下来,并将信号传输给信号处理模块。
信号处理模块对采集到的心电信号进行滤波、放大和数字化处理,以便后续的分析和判断。
报警模块会根据信号处理模块的分析结果,判断是否出现心律失常,并及时发出警报。
显示模块则将心电信号的波形图显示在屏幕上,方便医生和患者观察。
在设计过程中,我们需要考虑到系统的稳定性和准确性。
首先,心电图采集模块需要选择合适的电极,以确保信号的准确采集。
其次,信号处理模块需要采用高精度的模拟数字转换器,以保证信号的准确性和稳定性。
最后,报警模块需要设置合理的阈值,以避免误报和漏报。
此外,为了提高系统的实用性和便携性,我们还可以考虑添加一些附加功能。
例如,可以增加无线通信模块,将采集到的心电信号传输到医院的中央监护系统,方便医生进行远程监护和诊断。
另外,还可以添加数据存储模块,将采集到的心电信号保存下来,以便后续的分析和研究。
综上所述,基于51单片机的心律失常床边监护系统是一种非常有实用价值的医疗设备。
它可以及时监测和处理心律失常,为患者的健康提供保障。
在设计过程中,我们需要考虑到系统的稳定性和准确性,并可以添加一些附加功能,以提高系统的实用性和便携性。
基于51单片机的心率计设计
基于51单片机的心率计设计心率计是一种用于测量人体心率的设备,以帮助人们掌握自己的健康状况。
本文将介绍基于51单片机的心率计的设计思路和实现方法。
首先,我们需要了解心率的原理和测量方法。
心率是指心脏在单位时间内跳动的次数,用每分钟跳动次数表示。
常见的心率测量方法包括心电图、脉搏计和光电传感器等。
在本设计中,我们将使用光电传感器来测量心率。
光电传感器是一种通过光电效应测量光强变化的传感器。
在心率测量中,光电传感器可以用于检测人体指尖的血液流动情况,从而间接地测量心脏收缩的频率和心率。
具体实现时,我们可以将光电传感器连接到51单片机的输入引脚上。
同时,我们需要使用一个合适的光源,如红外线发光二极管,以提供光线来照射到指尖。
当心脏收缩时,血液的流动速度会增加,导致光线的吸收量发生变化。
通过检测光电传感器输出的电压信号的变化,我们可以得到心率的测量结果。
在程序设计上,我们可以使用51单片机的定时器来控制心率测量的时间间隔。
通过定时器中断,在固定的时间间隔内取样光电传感器的输出,并计算心率的值。
我们可以根据光电传感器输出的模拟电压信号,使用ADC转换将其转为数字信号,然后通过一系列算法处理得到心率的结果。
此外,为了方便用户查看心率结果,我们可以连接一个LCD显示屏到51单片机的输出引脚上。
通过LCD显示屏,用户可以即时地看到自己的心率数值,并据此对自己的身体状况进行判断和调整。
总结起来,基于51单片机的心率计设计涉及硬件电路的搭建和软件程序的编写。
硬件方面,我们需要使用光电传感器、光源和LCD显示屏等元件,并将它们与51单片机连接起来。
软件方面,我们需要编写定时器中断程序、ADC转换程序和心率计算程序等。
通过这两方面的协作,我们可以实现一个简单而实用的基于51单片机的心率计。
综上所述,本设计通过光电传感器、LCD显示屏和51单片机等元件的结合,实现了一种基于51单片机的心率计。
以此为基础,我们可以进一步完善该设计,加入更多的功能和特性,以满足用户的需要。
一种基于单片机的心电监测系统实验案例设计
20FEATURES中国医疗设备 2021年第36卷 06期 V OL.36 No.06引言《单片机原理与接口技术》课程是生物医学工程专业开设的一门非常重要的专业课程[1-3],该课程旨在培养学生单片机应用系统的软硬件设计和调试的能力,进而提高学生的实践能力和工程应用能力[4-5],为以后学习医疗设备专业课程奠定基础。
因而,在教学过程中对实验设计的专业背景要求较高[6-7]。
随着我国人口老龄化程度持续加深导致心脏病的防控形势日趋严峻[8-10],传统医用心电监测仪不仅价格非常昂贵而且使用场合有限。
因而,便携式心电仪的研制是生物医学工程专业学生需要解决的实际问题。
基于该专业背景问题,本研究设计了一个能测量受试者心电图(Electrocardiogram ,ECG )信号并在Android 手机APP 上实时显示的监测系统,为该课程提供一个实验教学案例设计,引导启发学生进行应用型医疗器械设计开发,训练学生解决生物医学工程专业实际问题的能力,提升岗位任职能力。
1 实验内容与任务根据学生能力的不同,实验教学设计了基本任务、进阶任务及拓展任务三个层次的内容与任务。
1.1 基本任务(1)考虑运动或远程电极放置产生的各种噪声的情况一种基于单片机的心电监测系统实验案例设计雷涛,陈荣庆,李钊,张林媛,夏娟娟,路国华空军军医大学 军事生物医学工程学系,陕西 西安 710032[摘 要] 目的 设计一个能测量受试者心电图(Electrocardiogram ,ECG )信号并在Android 手机上实时显示的监测系统,为《单片机原理与接口技术》课程教学提供一个实验案例设计,促进实验教学水平与教学质量。
方法 利用全集成式ECG 信号调理模块,实现对心电信号的提取、放大、滤波及右腿驱动输出至单片机主控模块。
利用单片机的ADC 、定时器及全双工异步串行通信的功能,将信号调理模块采集的心电信号转换为数字信号,通过CH340 USB 转串口模块传输至Android 程序,将信号实时显示。
基于51单片机的低成本心电监护系统设计
基于51单片机的低成本心电监护系统设计1 引言虚拟医学仪器充分利用计算机丰富的软硬件资源,仅增设少量专用软、硬件模块,便可实现传统仪器的全部功能及一些传统仪器无法实现的功能,同时缩短了研发周期。
本系统由两部分组成:以C8051F320 单片机为核心的数据采集装置和以PC 机为平台的分析处理系统。
设计中充分考虑数据采集装置体积小、功耗低、操作快捷的要求,因此全部采用SMT 封装的元器件。
PC 监护终端通过USB 接口接收数据,传输速率高;采用图形编程语言LabVIEW 编写显示、存储、分析处理等功能程序。
该系统可实时监护并提供心动周期,心率等参数,也可进行数据的存储回放,为心血管疾病的诊断提供依据。
系统的软件开发和硬件与上位机软件的集成测试表明,系统运行稳定可靠,取得了预期效果。
2 系统硬件设计该系统由C8051F320 数据采集模块和PC 机两部分组成,如图1 所示。
数据采集模块主要由心电采集电路和基于C8051F320 单片机的DAQ 接口卡构成,如图2 所示。
该模块通过C8051F320 片上A/D 转换器采集经预处理的心电信号,再将其由USB 总线传输至PC 机显示。
PC 机部分主要是软件设计,包括通过C8051F320 单片机片上USB 主机API 函数和LabVIEW 软件编写数据采集图形用户界面;实现接收、显示和处理由数据采集模块通过USB 接口发送采集数据的程序。
LabVIEW 应用程序和C8051F320 应用程序均采用Silicon Laboratories 公司的USB Xpress 开发套件的API 和驱动程序实现对底层USB 器件的读写操作。
心电信号属于微弱信号,体表心电信号的幅值范围为1~10 mV。
在测量心电。
基于51单片机的无线心电监护系统设计
基于51单片机的无线心电监护系统设计1 引言随着经济的快速发展和人们生活水平的不断提高,健康已成为人们关注的焦点。
心脏疾病是危害人类健康的一大杀手,其偶然性与突发性的特点使得心电监护系统具有重要的临床应用价值。
由于传统的心电监护仪不能进行远距离的实时监护,所以便携式无线心电监护系统显得更加重要。
无线医疗监护系统主要由生理信息与数据采集、无线数据通信、控制和显示等单元组成。
目前国内已有用于临床的无线心电监护产品,但其采用的方案大都是“采集器+发送器(PDA 或手机)”,从成本上看其价格昂贵;从无线传输方面看,大多是将心电数据以模拟信号传输,这必然导致信号在传输过程中发生失真。
此外,由于人体电阻差异导致心电信号在1~10 mV 之间变动,固定放大倍数系统缺乏适应性。
基于此,这里提出基于C8051F320 单片机的无线监护系统。
该系统分为数据采集盒和PC 监护终端两部分。
数据采集盒在设计中充分考虑其体积小、功耗低、操作快捷的要求,因此全部采用SMT 封装的元器件;PC 监护终端通过USB 接收数据。
采用VC++编写显示、存储、分析处理和报警等功能程序。
实验结果表明该系统能满足病人在100 m 范围内活动,并能根据不同病人选择合适的放大倍数;由于心电信号在数据采集盒内经MD 转换器处理后才发送,信号抗干扰能力更强。
2 系统硬件设计2.1 系统整体构成系统南数据采集盒和PC 监护终端两部分构成,见图1。
数据采集盒采用C8051F320 单片机为核心采集心电数据并控制程控放大器,采用NRF24L01 模块收发数据与PC 监护终端通信。
PC 监护终端中C8051F320 单片机通过NRF24L01 模块接收心电数据并通过自带的USB 接口将数据送至PC 机。
2.2 心电采集与程控放大电路心电信号属于微弱信号,由于个体差异,体表心电信号的测量幅值范围为1~10 mV,在测量心电信号时存在较强干扰,包括测量电极与人体之间构成的化学半电池所产生的直流极化电压;以共模电压形式存在的50Hz 工频干扰;人体运动、呼吸引起的基线漂移;肌肉收缩引起的肌电干扰等。
基于51单片机心率脉搏计设计和实现机械自动化专业
目录摘要 (I)Abstract (II)引言 (1)1 控制系统设计 (3)1.1 系统方案设计 (3)1.2 系统总体设计 (4)2 硬件设计 (5)2.1 主控电路 (5)2.2 驱动电路 (8)2.3 信号采集电路 (10)2.4 显示电路 (13)2.5 总体电路图设计 (15)3 软件设计 (16)3.1 软件开发环境的介绍 (16)3.2 系统重要函数介绍 (16)4 系统调试 (19)4.1 系统硬件调试 (19)4.2 系统软件调试 (19)结论 (22)参考文献 (23)附录1 总体原理图设计 (25)附录2 源程序清单 (26)致谢 (30)摘要为实现探究心率脉搏计的应用领域,测量心率能够高效的进行,在节省时间的同时准确显示心率相关状况是否存在异常的目标,本文设计了一款操作简单、运行稳定、可靠性高的心率脉搏计。
本设计使用STC89C51单片机作为控制核心,结合ST188光电传感器检测,再借用单片机系统的内部计时器计算时间。
其大致的步骤为通过ST188光电传感器感应生成脉冲,心跳次数由单片机累计所得,其对应的时间根据定时器获取。
本设计使用的时候可以展现脉搏心率次数当其终止使用的时候可以展示总的脉搏心率次数以及时间长短。
由于一些现实状况的存在我们应当实施下述的相关内容:一是了解系统功能的同时可以进行需求分析;二是机体内部生物信号大都在充满噪音状况里,频率和信号很弱,应该放大并且进行滤波处理;三是所有的硬件设备以及对弱信号的处理都应整合在一起,这样能够让人体脉搏信号转化为电信号。
还能够通过C语言这种方式进行编程,而且实现构建屏显等作用。
相关结果能够说明,心率脉搏计设计在技术方面有一定的可行性,基本上符合精度标准。
能够确保基础脉冲测量功能的同时又可以确保测量的精准度且使用单片机控制确保了系统准确稳定。
传感器采用光电传感器,大大降低了外界干扰信号的干扰。
显示器运用液晶显示器,显示效果更好,且易于操作。
基于单片机的远程心电监测系统设计
当今心血管疾病已成为发病率极高的常见病之一,极大威胁人们的生命。设计一种性能可靠、价格低廉、体积较小的新店采集与远程传输系统对心血管病的监测和预防具有重要意义。
远程心电监测是只通过通信网络将远端的生理和医学信号传送到监测中心进行分析,并给出诊断意见的一种技术手段。它是随着计算机技术、通信技术等相关技术的迅速发展,心电图监测技术也逐渐应用到远程医疗领域中来,使得医院为心脏病患者的远程保健服务成为可能。
[6]朱红松,孙利民。无线传感器网络技术发展现状。中兴通讯技术,2009年,第15卷,第5期。
研究的目标、内容和拟解决的关键问题
研制一种功能强大、成本低的远程心电监测系统,可实现远程医疗心脏病患者。该系统前端采用FPGA控制,采集和存储人体的新店(EGG)信号,通过串口将心电数据传入计算机,并在LabVIEW软件平台下实现心电信号的显示和远程传输系统。其中大部分功能是由软件设计实现,以便于后续功能扩展。可将该系统广泛应用于医院、社区、家庭、户外监护,帮助医生及时诊断病人。
为设计一款体积小、功耗低、处理速度高的心电监测终端,本系统采用TI公司生产的MSP430F499单片机作为微处理器,该单片机的工作电压在1.8-3.6V之间,带有内部参考源、采样保持、自动扫描特性的12位A/D转换器,串行通信软件有异步UART和同步SPI两种模式可选。该单片机具有丰富的片内外设和大容量的片内工作寄存器和存储器,为电路的设计节省不少空间。本系统的硬件主要包括心电信号采集模块、RS232通信模块和GPRS传输模块。其中信号采集分为心电前置放大电路、滤波电路、主放大隔离电路和电平抬升电路。监测终端采集到的心电信号通过MSP430单片机进行信号处理后,可以通过GPRS模块传输到远端的医疗中心,为医生提供患者的心电数据。
基于51单片机的心率测量及预警系统设计
基于51单片机的心率测量及预警系统设计徐瑞雄;杨博;王垚飞;李香坪;肖芳菲;郭建强【摘要】在生活中,心率作为反映人体健康的一个重要参数,出现异常后可能导致多种紧急情况.为了解决心率的便携式测量问题,考虑到51系列单片机广泛应用于数字电子产品领域,本文在研究设计中,将光电传感器与51单片机相结合,通过软硬件结合的方法,将人的心率精准测量及显示,并在超过人为设定范围时进行报警提示.通过实验研究结果及分析,文中设计的思路能有效便捷地实现对心率进行测量和预警的功能.【期刊名称】《电子制作》【年(卷),期】2016(000)012【总页数】2页(P15-16)【关键词】STC89C52;心率监测;LCD显示器;光电传感器【作者】徐瑞雄;杨博;王垚飞;李香坪;肖芳菲;郭建强【作者单位】西南交通大学物理科学与技术学院四川成都 611756;西南交通大学物理科学与技术学院四川成都 611756;西南交通大学物理科学与技术学院四川成都 611756;西南交通大学物理科学与技术学院四川成都 611756;西南交通大学物理科学与技术学院四川成都 611756;西南交通大学物理科学与技术学院四川成都611756【正文语种】中文【文章摘要】在生活中,心率作为反映人体健康的一个重要参数,出现异常后可能导致多种紧急情况。
为了解决心率的便携式测量问题,考虑到51系列单片机广泛应用于数字电子产品领域,本文在研究设计中,将光电传感器与51单片机相结合,通过软硬件结合的方法,将人的心率精准测量及显示,并在超过人为设定范围时进行报警提示。
通过实验研究结果及分析,文中设计的思路能有效便捷地实现对心率进行测量和预警的功能。
STC89C52;心率监测;LCD显示器;光电传感器心率测量有脉搏时光线被遮挡,无脉搏时透光强,本文所采用的传感器是光电传感器。
通过观测脉搏信号,可以对人体的健康进行检查,可被用于保健中心和医院。
系统可以供用户测量当时的脉搏次数,同时还可以设定上限次数和下限次数,记作人体正常情况下的脉搏范围,当测量的范围超过设定的合理范围时则驱动蜂鸣器报警提醒。
基于51单片机的心率计
基于51单片机(AT89C2051)的心率计工作原理:该作品通过红外对管检测手指血管舒张收缩情况,反应为电压的变化,经过一级无源低通滤波和三极管共射极电路放大后进入LM358双运放集成芯片,其中一级运放构成有源一阶低通放大,放大参数设置在300倍左右,另一级运放构成单限比较器,通过调整电位器设置阈值电压。
输出电平直接接入单片机P3.2(INT0)外部中断入口处,通过程序计算信号周期,从而计算测试者心率,通过诺基亚5110液晶显示出来。
以下为作品工作图:当检测信号异常,心率值超出正常范围(40----170)时显示Err错误提示:电路板为洞洞板,背面焊锡走线如下:拆除液晶5110后电路正面图如下:后来修改的电路图(手绘粗糙,大家将就看吧!):本人QQ:769942445,欢迎大家交流。
以下为源程序(已通过测试):#include <reg2051.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned longsbit sce = P1^2; //片选sbit res = P1^3; //复位,0复位sbit dc = P1^4; //1写数据,0写指令sbit sdin = P1^5; //数据sbit sclk = P1^6; //时钟sbit key =P1^0;bit flag;uchar count,count1;uint time;uchar dis[3];//6*16字符unsigned char code shuzi[]={/*-- 文字: 0 --*//*-- Trebuchet MS9; 此字体下对应的点阵为:宽x高=6x12 --*/ /*-- 高度不是8的倍数,现调整为:宽度x高度=6x16 --*/0xF8,0x04,0x04,0x04,0xF8,0x00,0x01,0x02,0x02,0x02,0x01,0x00,/*-- 文字: 1 --*//*-- Trebuchet MS9; 此字体下对应的点阵为:宽x高=6x12 --*/ /*-- 高度不是8的倍数,现调整为:宽度x高度=6x16 --*/0x00,0x08,0xFC,0x00,0x00,0x00,0x00,0x02,0x03,0x02,0x00,0x00,/*-- 文字: 2 --*//*-- Trebuchet MS9; 此字体下对应的点阵为:宽x高=6x12 --*/ /*-- 高度不是8的倍数,现调整为:宽度x高度=6x16 --*/0x18,0x84,0x44,0x24,0x18,0x00,0x03,0x02,0x02,0x02,0x02,0x00,/*-- 文字: 3 --*//*-- Trebuchet MS9; 此字体下对应的点阵为:宽x高=6x12 --*/ /*-- 高度不是8的倍数,现调整为:宽度x高度=6x16 --*/0x08,0x04,0x24,0x24,0xD8,0x00,0x01,0x02,0x02,0x02,0x01,0x00,/*-- 文字: 4 --*//*-- Trebuchet MS9; 此字体下对应的点阵为:宽x高=6x12 --*/ /*-- 高度不是8的倍数,现调整为:宽度x高度=6x16 --*/0x40,0xB0,0x88,0xFC,0x80,0x00,0x00,0x00,0x00,0x03,0x02,0x00,/*-- 文字: 5 --*//*-- Trebuchet MS9; 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此字体下对应的点阵为:宽x高=12x12 --*//*-- 高度不是8的倍数,现调整为:宽度x高度=12x16 --*/0x00,0x00,0x7C,0x55,0x56,0xFC,0x56,0x55,0x54,0x7C,0x00,0x00,0x21,0x21,0x21,0x21, 0x21,0x27,0x21,0x21,0x21,0x21,0x21,0x00,/*-- 文字: 片--*//*-- Trebuchet MS9; 此字体下对应的点阵为:宽x高=12x12 --*//*-- 高度不是8的倍数,现调整为:宽度x高度=12x16 --*/0x00,0x00,0xFF,0x48,0x48,0x48,0x4F,0xC8,0x08,0x08,0x08,0x00,0x24,0x22,0x21,0x20, 0x20,0x20,0x20,0x27,0x20,0x20,0x20,0x00,/*-- 文字: 机--*//*-- Trebuchet MS9; 此字体下对应的点阵为:宽x高=12x12 --*//*-- 高度不是8的倍数,现调整为:宽度x高度=12x16 --*/0x84,0x64,0xFF,0x24,0x44,0xFE,0x02,0x02,0xFF,0x02,0x00,0x00,0x21,0x20,0x27,0x24, 0x22,0x21,0x20,0x20,0x27,0x24,0x27,0x00,/*-- 文字: 实--*//*-- Trebuchet MS9; 此字体下对应的点阵为:宽x高=12x12 --*//*-- 高度不是8的倍数,现调整为:宽度x高度=12x16 --*/0x88,0x86,0xA2,0xCA,0x92,0x83,0xFA,0x82,0x82,0x8A,0x86,0x00,0x20,0x24,0x24,0x24, 0x22,0x21,0x20,0x21,0x22,0x24,0x20,0x00,/*-- 文字: 验--*//*-- Trebuchet MS9; 此字体下对应的点阵为:宽x高=12x12 --*//*-- 高度不是8的倍数,现调整为:宽度x高度=12x16 --*/0x21,0x3D,0xA1,0xFF,0x10,0xC8,0x14,0xD3,0x14,0xC8,0x10,0x00,0x21,0x25,0x24,0x23, 0x24,0x25,0x24,0x25,0x26,0x25,0x24,0x20,/*-- 文字: 心--*//*-- Trebuchet MS9; 此字体下对应的点阵为:宽x高=12x12 --*//*-- 高度不是8的倍数,现调整为:宽度x高度=12x16 --*/0x80,0x70,0x00,0xFC,0x00,0x01,0x0E,0x00,0x80,0x30,0xC0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x07, 0x04,0x04,0x04,0x04,0x07,0x00,0x00,0x00,/*-- 文字: 率--*//*-- Trebuchet MS9; 此字体下对应的点阵为:宽x高=12x12 --*//*-- 高度不是8的倍数,现调整为:宽度x高度=12x16 --*/0x42,0x46,0x2A,0x52,0x6A,0xD7,0x6A,0x52,0x2A,0x46,0x02,0x00,0x01,0x01,0x01,0x01, 0x01,0x07,0x01,0x01,0x01,0x01,0x01,0x00,/*-- Trebuchet MS9; 此字体下对应的点阵为:宽x高=12x12 --*//*-- 高度不是8的倍数,现调整为:宽度x高度=12x16 --*/0x10,0xF1,0x02,0x00,0x10,0x10,0x10,0xFF,0x10,0x10,0x10,0x00,0x00,0x07,0x02,0x01, 0x00,0x00,0x00,0x07,0x00,0x00,0x00,0x00,/*-- 文字: :--*//*-- Trebuchet MS9; 此字体下对应的点阵为:宽x高=12x12 --*//*-- 高度不是8的倍数,现调整为:宽度x高度=12x16 --*/0x00,0x00,0x00,0x00,0x8C,0x8C,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, 0x01,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,};void delayms(unsigned int ii)//1ms延时函数{unsigned int i,x;for (x=0;x<ii;x++){for (i=0;i<100;i++);}}/*--------------------------------------------LCD_write_byte: 使用SPI接口写数据到LCD输入参数:dt:写入的数据;command :写数据/命令选择;编写日期:20080918----------------------------------------------*/void LCD_write_byte(unsigned char dt, unsigned char command){unsigned char i;sce=0;dc=command;for(i=0;i<8;i++){if(dt&0x80)sdin=1;elsesdin=0;dt=dt<<1;sclk=0;sclk=1;}dc=1;sce=1;sdin=1;}/*---------------------------------------LCD_init: 3310LCD初始化编写日期:20080918----------------------------------------- */void LCD_init(void){res=0;delayms(10);res=1;LCD_write_byte(0x21,0);//初始化Lcd,功能设定使用扩充指令LCD_write_byte(0xC6,0);//设定液晶偏置电压LCD_write_byte(0x06,0);//温度校正LCD_write_byte(0x13,0);;//1:48LCD_write_byte(0x20,0);//使用基本指令LCD_write_byte(0x0C,0);//设定显示模式,正常显示}/*-------------------------------------------LCD_set_XY: 设置LCD坐标函数输入参数:X:0-83 Y:0-5编写日期:20080918---------------------------------------------*/void LCD_set_XY(unsigned char X, unsigned char Y){LCD_write_byte(0x40 | Y, 0);// columnLCD_write_byte(0x80 | X, 0);// row}/*------------------------------------------LCD_clear: LCD清屏函数编写日期:20080918--------------------------------------------*/void LCD_clear(void){unsigned char t;unsigned char k;LCD_set_XY(0,0);for(t=0;t<6;t++){for(k=0;k<84;k++){LCD_write_byte(0x00,1);}}}/*---------------------------------------------LCD_write_shu: 显示6(宽)*16(高)点阵列数字字母符号等半角类输入参数:c:显示的字符;编写日期:20080918-----------------------------------------------*/void LCD_write_shu(unsigned char row, unsigned char page,unsigned char c) //row:列page:页dd:字符{unsigned char i;LCD_set_XY(row*6, page);// 列,页for(i=0; 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1 引言
虚拟医学仪器充分利用计算机丰富的软硬件资源,仅增设少量专用软、硬件模块,便可实现传统仪器的全部功能及一些传统仪器无法实现的功能,同时缩短了研发周期。
本系统由两部分组成:以C8051F320单片机为核心的数据采集装置和以PC机为平台的分析处理系统。
设计中充分考虑数据采集装置体积小、功耗低、操作快捷的要求,因此全部采用SMT封装的元器件。
PC监护终端通过USB接口接收数据,传输速率高;采用图形编程语言LabVIEW编写显示、存储、分析处理等功能程序。
该系统可实时监护并提供心动周期,心率等参数,也可进行数据的存储回放,为心血管疾病的诊断提供依据。
系统的软件开发和硬件与上位机软件的集成测试表明,系统运行稳定可靠,取得了预期效果。
2 系统硬件设计
该系统由C8051F320数据采集模块和PC机两部分组成,如图1所示。
数据采集模块主要由心电采集电路和基于C8051F320单片机的DAQ接口卡构成,如图2所示。
该模块通过C8051F320片上A/D转换器采集经预处理的心电信号,再将其由USB总线传输至PC机显示。
PC机部分主要是软件设计,包括通过C8051F320单片机片上USB主机API 函数和LabVIEW软件编写数据采集图形用户界面;实现接收、显示和处理由数据采集模块通过USB接口发送采集数据的程序。
LabVIEW应用程序和C8051F320应用程序均采用SILICon Laboratories公司的USB Xpress开发套件的API和驱动程序实现对底层USB器件的读写操作。
心电信号属于微弱信号,体表心电信号的幅值范围为1~10 mV。
在测量心电信号时存在很强的干扰,包括测量电极与人体之间构成的化学半电池所产生的直流极化电压,以共
模电压形式存在的50 Hz工频干扰.人体的运动、呼吸引起的基线漂移,肌肉收缩引起的肌电干扰等。
采用遥测HOLTER三导联线和一次性心电电极与人体接触,能很好地减小运动和呼吸引起的肌电干扰。
前端放大器采用具有极高共模抑制比(CMRR)的仪用AD620放大器,放大倍数约为50倍;并采用0.05~100 Hz的带通滤波器和50 Hz的陷波电路,抑制信号的基线漂移、高频噪声及工频干扰。
为了充分利用A/D转换的精度,在转换前先将信号放大到A/D转换电路参考电压的70%左右,考虑到信号中会附加直流成分,需在A/D 转换电路前增加电平调节电路。
个体心电幅度的差异要求电路中设计程控放大电路,又为了便于心电信号的标定和考虑到实际器件放大倍数与理论值的偏差,在程控放大电路前设置一个手动可调的放大电路(1~10倍)。
综上分析,心电采集与程控放大部分应包括:AD620前端放大、0.05~100 Hz的带通滤波、50 Hz陷波、手动放大、程控放大和电平提升等电路。
其中程控放大功能利用
CD4051电子开关的数字选通实现,具有1~50倍的调节范围。
为减少系统功耗,应采用低功耗、集成度高的器件。
该系统选用C8051F320单片机作为数据采集卡的核心部件。
该器件是完全集成的混合信号系统级器件,具有与8051兼容的高速CIP-51内核,与MCS-51指令集完全兼容,片内集成了数据采集和控制系统常用的模拟、数字外设及USB接口等其他功能部件。
外部电路简单,易于实现,如图3所示。
心电电极将得到的信号经滤波和可变增益放大器放大后送至C8051F320单片机,单片机将得到的模拟心电信号实时转换为数字信号,采集到的数据通过USB接口传给PC机,进一步分析处理信号数据。
3 系统软件设计
3.1 C8051F320单片机程序设计
C8051F320单片机程序包括:(1)A/D转换程序和程控放大控制程序;(2)基于USB器件的通信程序,接收从USB主机发送的用户指令并将采集的数据发送给USB主机。
3.1.1 A/D转换程序
衡量A/D转换性能主要有两个指标:采样分辨率(A/D转换器位数)和A/D转换速度。
设置A/D转换器的采样率为2 000 Hz,并采用定时器TIME2溢出中断触发转换,每次转换结束后1O位结果数据字被锁存到A/D转换器的数据寄存器中,供USB通讯子程序数据调用,图4为A/D转换流程。
A/D转换程序较简单,可通过设置C8051F320片上
定时器确定A/D转换器的采样周期,由定时器的溢
出周期性启动A/D转换器来采样被测数据。
USB设
置为块状传输模式与PC机进行数据通信。
将每64
个数据打成一个数据包。
以充分利用硬件资源并提
高数据传输效率。
3.1.2 基于USB器件的通信程序
整个程序流程以USB通信为主线,如图5所
示。
图中所涉及的USB_CLOCk_Start()、USB_Int()
等函数均是SILICon Lab公司专为C8051F320单片
机USB功能开发的USB端API函数。
通过在
C8051F320上层应用程序中直接调用这些函数可方便快捷地访问USB底层硬件。
3.2 PC机LabVIEW程序设计
PC机LabVIEW程序设计主要完成用户图形界面和基于USB主机通信程序两大功能,从而实现人机交互,将用户输入的指令和采集模块采集的数据通过USB总线在PC机和
C8051F320之间传递。
3.2.1 LabVIEW程序面板设计
开发USB设备驱动程序的工具使用USB Xpress Devel-opment Kit,主要有:
SI_Open()函数;SI_Close()函数;SI_Read函数;SI_Write()函数;SI_GetNumDevICes()函数;SI_CheckRX Queue()函数。
用户从设备读取数据将调用一个应用程序接口API。
SI_GetNumDevices()、SI_GetProductString()等函数均是SILicon Lab公司专为
C8051F320单片机USB功能开发的USB主机端API函数。
LabVIEW提供调用链接库函数Call Librarv Function,本设计利用Silicon Lab公司的SiUSBXp.dll动态链接库来实现对USB底层硬件的访问。
通过调用SLGetNumDevices()甬数完成设备的通信初始化,生成函数返回驱动的设备号;该设备号用来在调用SI GetProductString()函数时生成设备描述字符串。
要读取一个设备,首先必须通过调用SI_GetNumDevices()函数生成的索引(设备号)来调用SI_Open()函数。
SI_Open()函数将返回设备的句柄,该句柄将在随后的所有进程中被用到。
利用 SI_Write()和SI_Read()函数就可实现数据的输入和输出。
当完成数据的输入和输出操作后,可通过调用SI_Close()关闭设备。
图6为I/O接口驱动程序框图。
3.2.2 LabVIEW程序设计用户图形界面(前面板)设计
动态心电监护系统应用程序部分可实现心电信号的接收、实时显示、存储及回放功能;并可提供心动周期、心率等参数,为心率变异性分析和心血管疾病的诊断提供依据。
心电监护系统显示界面如图7所示。
4 结论
该设计不仅可实现传统测量仪器的全部功能,还能将实验数据存盘以进行反复观察分析。
基于虚拟仪器的心电监护系统使用灵活方便、测试功能丰富、成本低廉。
用户可根据实际需要,通过修改软件改变其功能和升级,实现一机多用。
实验结果表明:该系统具有较强的抑制基线漂移能力、低功耗、操作简单。
采用USB接口实时传输心电数据,并将心电数据采集模块设计为计算机外设,高速快捷。
由于全部采用SMT封装,数据采集模块尺寸仅为60 mmx60 mm,方便实用。
因此,该设计是一款实用的、低成本的、动态心电监护系统。