基于单片机的脉搏测量仪设计

摘要

本文介绍的是一种基于单片机的脉搏测量仪设计，作为该系统中重要的电路模块，如心率采集电路、显示电路和STC89C52单片机之间通过串口实现连接。本次设计运用单片机STC89C52作为中心控制处理单元，通过ST188作为红外光电传感器来采集脉搏信号，经过LM358进行运放；再通过前后级滤波、放大、整形，从而得到稳定信号；实现了快速检测心率的功能。还可以通过按键来设置脉搏值的上下限范围；蜂鸣器驱动模块可以在超出所设置的范围时进行报警提示，测量结果在液晶上显示。

实验表明，该设计的测试结果与实际的要求基本一致，STC89C52单片机超强的抗干扰能力和LCD1602显示屏控制比较方便的优点使这些功能能够顺利地完成。该系统的制作成本在百元以内，具有价格低廉、便于操纵、功耗小、可靠性高等优点，十分适用于家庭和个人使用。

关键词：心率；红外光电传感器；STC89C52；LM358；软件

Abstract

Presented in this paper is a design of pulse measuring instrument based on MCU, as the circuit module plays an important role in the system, such as heart rate acquisition circuit, display circuit and STC89C52 microcontroller through the serial port to realize the connection. This design with STC89C52 microcontroller as the central control unit, through ST188 as infrared photoelectric sensor to collect the pulse signal, after the lm358 for op amp; again through before and after filtering, magnifying, shaping, and get stable signal; functions to achieve the rapid detection of heart. You can also through the button to set the pulse value scope; buzzer driver module In the range beyond the scope of the alarm prompt, the measurement results in the liquid crystal display.

Experimental results show that the test results of the design and practical requirements are basically the same, STC89C52 MCU strong anti-interference ability and LCD1602 display control the advantages of more convenient so that these features can be successfully completed. The production cost less than 100 yuan, with low price, easy manipulation, low power consumption, high reliability, very applicable to families and individuals.

Key words: heart rate; infrared photoelectric sensor; STC89C52; LM358; software

目录

第1章引言 0

1.1 选题背景及意义 0

1.2 国内外发展现状 0

1.3 课题研究内容 (1)

第2章整体方案设计 (2)

2.1 核心器件的选型 (2)

2.1.1 单片机的选型 (2)

2.1.2传感器的选型 (3)

2.1.3 显示模块的选型 (4)

2.2 系统方案设计 (4)

第3章硬件系统设计 (5)

3.1 单片机最小系统 (5)

3.1.1 电源电路 (7)

3.1.2 复位电路 (8)

3.1.3 时钟电路 (9)

3.2 信号变送系统 (9)

3.2.1 信号采集电路 (9)

3.2.2 滤波电路 (11)

3.2.3 信号放大电路 (12)

3.3 显示电路 (13)

3.4 按键电路 (16)

3.5 报警电路 (17)

3.6 系统硬件电路 (18)

第4章软件系统设计 (19)

4.1 软件编译环境 (19)

4.2 STC-ISP程序下载 (20)

4.3 程序流程图 (20)

4.2.1 主程序流程图 (20)

4.2.2 定时器中断流程图 (22)

4.2.3 显示模块流程图 (23)

4.2.4 心率测量流程图 (24)

第5章系统调试 (26)

5.1 硬件调试 (26)

5.2 软件调试 (26)

5.3 设计结果 (27)

结论 (33)

致谢 (34)

参考文献 (35)

附录一：系统原理图 (37)

附录二：源程序 (38)

第1章引言

1.1 选题背景及意义

心率(Heart Rate)用专业术语来说就是用来描述人体心率跳动的周期。现代汉语中将脉搏值解释为"心脏跳动的频率"；故心率也可以说在一个单位时间内，心脏律动的快慢。

每个人的心率信号中大都蕴含着丰富的生理心理信息，这是由于人体内脏器官的健康可以反映在脉搏信息中；这一发现逐渐引起了众多临床医生的关注。在我国，脉诊一直被视为中华医术的精髓；到目前为止进行的临床实践大约已有2600多年。然而由于手指经常使用会存在一些汗腺，指脉诊断存在的误差不容忽视；进而导致测量不准确。这时或许你会说还有耳脉测量呢，不是以前也经常用过吗？虽说通过测量耳朵脉动来得到脉搏信号相对来说比较干净，但由于耳朵脉搏信号微弱，特别是当季节变化时，测量信号容易受到环境温度的影响，导致测量值不准确。

随着世界科技与经济的迅速发展和进步，珍爱生命、关注健康已经成为全世界人类的共同追求。据卫生局统计每年因心脑血管疾病猝死的人数位居人类死亡总数的第一位，不仅医疗费用居高不下，还给家庭、政府和社会造成巨大负担。近些年来，由于生活节奏加快、饮食习惯不合理和众多垃圾食品的影响等原因，心脑血管的发病率更是呈现逐年上升的趋势。如何科学且无害的降低心脑血管疾病的发病率及死亡率，有效的减轻心脑血管疾病带来的社会和家庭负担，已经成为全世界人类所面临的一个十分严峻问题。

1.2 国内外发展现状

世界上第一台杠杆式脉搏扫描仪是Vierordt于1854年创建的，它是采用杠杆和压力鼓式描记法来记录脉搏波形图的，也是人类第一次通过非侵入性的方式记录人体脉搏的，当时引起了很大轰动。然而国内的发展起点相对来说比较低，20世纪50年代初朱颜才将脉搏仪引用到中医脉诊的客观化研究方面。近些年来无创伤血管功能检测渐渐吸引了医学人士的目光。大约在1980年以来，无创伤血管功能检测被小范围使用，它的原理大致是基于血流动力流变学和弹性腔理论。其特征在于：它由温度模块、血压袖带模块、血氧模块构成的多生理信号采集模块组合，通过对肱动脉进行阻断再开放过程中手指指端温度信号、血氧及脉搏波信号的各参数变化，再根据临床试验采集数据，并通过信号处理和统计分析