脉搏测试仪总结汇报
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简易脉搏测试系统
摘要
本系统以ST12C5A60S2单片机为核心，利用红外线发射 二极管和接收二极管作为信号检测传感器，通过LM324信号 放大电路，最终使用四位一体数码管作为显示器件。系统 利用红外对管将人体心脏跳动使血管中血液饱和程度的变 化将引起光的强度发生的变化，红外接收二极管的电流也 跟着改变，导致红外发射管输出脉冲信号，经过由LM324构 成的放大电路将脉冲信号放大整形，传送至单片机进行信 号计算处理，最后将数据结果送到数码管进行显示。由此 来对人体心率的数据进行测量。
电路与程序设计
控制核心电路
电路与程序设计
信号采集电路
根据朗伯—比尔定律，利用 脉搏主要由人体动脉舒张和 收缩产生，在人体之间组织 中的动脉成分含量高，而且 指尖厚度相对其他人体组织 而言比较薄，透过手指后检 测到的光强相对较大，因此 光电式脉搏传感器的测量部 位通常在人体的指尖。 通过红外发射二极管的电流 偏小，红外接收三极管无法 区别有脉搏和无脉搏时的信 号，当有跳动的脉搏时，血 脉使手指透光性变差，红外 接收三极管中的暗电流减小， 输出电压上升。
电路与程序设计
信号放大整形电路
按题目要求来设计低通放大器 ，如图3.1.3（3）所示，截止频率 由R4、C2决定，运放U2B将信号放大，放大倍数由R3和R4的比值决定。 Gain of each stage = 1 + Rf / Ri = 1 + 510K / 5.1K = 101 Cut off Frequency = 1 / 2π RfCf = 3.16Hz
•
•
•
系统测试结果分析
本系统组装完成，测试没有达标。经测试分析，红外传感器 所采集信号没有达到初步预测结果。后利用信号发生器在信号输 入端输入不同频率，10mV以上信号，结果在输出端显示较理想波 形，在数码管上显示出合理脉搏数。
输入信号： 输出 电压 1.25V 3.13V 1.3Hz 3.05V 1.21V 输入电压： 1.53V 3.02V 3.07V 1.24V 79 次 输入电压： 1.22V 3.42V 3.31V 1.47V 109 次 >10mV 1.18V 3.61V >10mV 1.58V 3.43V
wenku.baidu.com
电路与程序设计
• 软件程序设计
• 主程序流程：系统主程序控制单片机系统按预定的方法运行，它是单片机系统程 序的框架。系统上电后，对系统进行初始化。初始化程序主要完成对单片机内专 用寄存器、定时器工作方式及各端口的工作状态的设定。系统初始化后，进行定 时器中断、外部中断、显示等工作，不同的外部硬件控制不同的子程序。 定时器中断程序流程：定时器中断服务程序由一分钟计时、按键检测、有无测试 信号判断等布恩组成。当定时器中断开始执行后，对一分钟开始计时，1秒计时到 之后继续检测下一秒，知道60秒到了再停止并保存测得的的脉搏次数。同时可以 对按键进行检测，只要复位测试值就可以重新开始测试。主要完成一分钟的定时 功能和保存测得的脉搏次数。 INT中断程序流程：外部中断服务成寻完成对外部信号的测量和计算。外部中断采 用边沿触发的方式，当处于测量状态时候，来一个脉冲脉搏次数就加一，由单片 机内部定时器控制一分钟，累加得出一分钟内的脉搏次数。 显示程序流程：显示程序包括显示上次的脉搏次数，本次测量中的时间和脉搏的 次数。从中断程序中虚的结果后，先显示上次的脉搏次数，经过10ms的延时后再 显示测试中的脉搏次数，在经过10ms的延时显示测试中的时间。
目 录
系统方案论证 理论分析计算 电路与程序设计 系统测试结果分析
引言
设计目标
• 设计一个脉搏测试仪； • 能显示30~300次的脉搏跳懂次数； • 能绘制出测试变化波形。
系统框图
光电传感器
信号放大器
波形整形
键盘控制
单片机
数码管显示
方案论证
• 方案一：由光电传感器采集脉搏信号，经过前置放大、滤波、单 片机自带的A/D转换模块采样得到脉搏信号的数据并存入存储器 中；单片机对所得的数据进行数字信号处理并计算出心率值，结 果送显示模块和存储器中。 • 方案二：由压电陶瓷片、三个2输入与或门CD4070组成四倍频器、 555集成定时器、十进制集成块74160N三片、七段数码管(DCH-H EX）组成。， 74160N与它配套使用可直接驱动显示。 • 方案三：通过红外对管将人体心脏跳动使血管中血液饱和程度的 变化将引起光的强度发生的变化，红外接收二极管的电流也跟着 改变，导致红外发射管输出脉冲信号，经过由LM324构成的放大 电路将脉冲信号放大整形，传送至单片机进行信号计算处理，最 后将数据结果送到数码管进行显示。
数码管显示脉搏次数 输入信号： 输出 电压 1.43V 3.58V 1.8Hz 3.01V 1.22V
数码管脉搏显示次数
附录：硬件设计原理图
• 根据题目要求及产品成本考虑，最终选择方案三。
理论分析与计算
本系统需要5个电路模块组成，分别是信号采集模块、 信号放大整形模块、单片机核心电路模块、显示模块。 利用红外发射/接受二极管采集脉搏信号，通过公式计算， 选择合理的运放放大倍数进行信号放大、整形，最终通 过单片机对输出信号处理，在数码管上显示实时脉搏数。 • Gain of each stage = 1 + Rf / Ri = 1 + 680K / 6.8K = 101 • Cut off Frequency = 1 / 2π RfCf = 2.34Hz
摘要
本系统以ST12C5A60S2单片机为核心，利用红外线发射 二极管和接收二极管作为信号检测传感器，通过LM324信号 放大电路，最终使用四位一体数码管作为显示器件。系统 利用红外对管将人体心脏跳动使血管中血液饱和程度的变 化将引起光的强度发生的变化，红外接收二极管的电流也 跟着改变，导致红外发射管输出脉冲信号，经过由LM324构 成的放大电路将脉冲信号放大整形，传送至单片机进行信 号计算处理，最后将数据结果送到数码管进行显示。由此 来对人体心率的数据进行测量。
电路与程序设计
控制核心电路
电路与程序设计
信号采集电路
根据朗伯—比尔定律，利用 脉搏主要由人体动脉舒张和 收缩产生，在人体之间组织 中的动脉成分含量高，而且 指尖厚度相对其他人体组织 而言比较薄，透过手指后检 测到的光强相对较大，因此 光电式脉搏传感器的测量部 位通常在人体的指尖。 通过红外发射二极管的电流 偏小，红外接收三极管无法 区别有脉搏和无脉搏时的信 号，当有跳动的脉搏时，血 脉使手指透光性变差，红外 接收三极管中的暗电流减小， 输出电压上升。
电路与程序设计
信号放大整形电路
按题目要求来设计低通放大器 ，如图3.1.3（3）所示，截止频率 由R4、C2决定，运放U2B将信号放大，放大倍数由R3和R4的比值决定。 Gain of each stage = 1 + Rf / Ri = 1 + 510K / 5.1K = 101 Cut off Frequency = 1 / 2π RfCf = 3.16Hz
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系统测试结果分析
本系统组装完成，测试没有达标。经测试分析，红外传感器 所采集信号没有达到初步预测结果。后利用信号发生器在信号输 入端输入不同频率，10mV以上信号，结果在输出端显示较理想波 形，在数码管上显示出合理脉搏数。
输入信号： 输出 电压 1.25V 3.13V 1.3Hz 3.05V 1.21V 输入电压： 1.53V 3.02V 3.07V 1.24V 79 次 输入电压： 1.22V 3.42V 3.31V 1.47V 109 次 >10mV 1.18V 3.61V >10mV 1.58V 3.43V
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电路与程序设计
• 软件程序设计
• 主程序流程：系统主程序控制单片机系统按预定的方法运行，它是单片机系统程 序的框架。系统上电后，对系统进行初始化。初始化程序主要完成对单片机内专 用寄存器、定时器工作方式及各端口的工作状态的设定。系统初始化后，进行定 时器中断、外部中断、显示等工作，不同的外部硬件控制不同的子程序。 定时器中断程序流程：定时器中断服务程序由一分钟计时、按键检测、有无测试 信号判断等布恩组成。当定时器中断开始执行后，对一分钟开始计时，1秒计时到 之后继续检测下一秒，知道60秒到了再停止并保存测得的的脉搏次数。同时可以 对按键进行检测，只要复位测试值就可以重新开始测试。主要完成一分钟的定时 功能和保存测得的脉搏次数。 INT中断程序流程：外部中断服务成寻完成对外部信号的测量和计算。外部中断采 用边沿触发的方式，当处于测量状态时候，来一个脉冲脉搏次数就加一，由单片 机内部定时器控制一分钟，累加得出一分钟内的脉搏次数。 显示程序流程：显示程序包括显示上次的脉搏次数，本次测量中的时间和脉搏的 次数。从中断程序中虚的结果后，先显示上次的脉搏次数，经过10ms的延时后再 显示测试中的脉搏次数，在经过10ms的延时显示测试中的时间。
目 录
系统方案论证 理论分析计算 电路与程序设计 系统测试结果分析
引言
设计目标
• 设计一个脉搏测试仪； • 能显示30~300次的脉搏跳懂次数； • 能绘制出测试变化波形。
系统框图
光电传感器
信号放大器
波形整形
键盘控制
单片机
数码管显示
方案论证
• 方案一：由光电传感器采集脉搏信号，经过前置放大、滤波、单 片机自带的A/D转换模块采样得到脉搏信号的数据并存入存储器 中；单片机对所得的数据进行数字信号处理并计算出心率值，结 果送显示模块和存储器中。 • 方案二：由压电陶瓷片、三个2输入与或门CD4070组成四倍频器、 555集成定时器、十进制集成块74160N三片、七段数码管(DCH-H EX）组成。， 74160N与它配套使用可直接驱动显示。 • 方案三：通过红外对管将人体心脏跳动使血管中血液饱和程度的 变化将引起光的强度发生的变化，红外接收二极管的电流也跟着 改变，导致红外发射管输出脉冲信号，经过由LM324构成的放大 电路将脉冲信号放大整形，传送至单片机进行信号计算处理，最 后将数据结果送到数码管进行显示。
数码管显示脉搏次数 输入信号： 输出 电压 1.43V 3.58V 1.8Hz 3.01V 1.22V
数码管脉搏显示次数
附录：硬件设计原理图
• 根据题目要求及产品成本考虑，最终选择方案三。
理论分析与计算
本系统需要5个电路模块组成，分别是信号采集模块、 信号放大整形模块、单片机核心电路模块、显示模块。 利用红外发射/接受二极管采集脉搏信号，通过公式计算， 选择合理的运放放大倍数进行信号放大、整形，最终通 过单片机对输出信号处理，在数码管上显示实时脉搏数。 • Gain of each stage = 1 + Rf / Ri = 1 + 680K / 6.8K = 101 • Cut off Frequency = 1 / 2π RfCf = 2.34Hz