基于51单片机人体脉搏测量仪的设计与实现

目录

1 绪论 (3)

1.1研究背景及意义 (3)

1.2脉搏测量仪的研究现状 (3)

1.3研究的主要内容 (4)

2 脉搏测量仪的设计方案 (5)

3 硬件电路设计与实现 (7)

3.1主控制模块 (7)

3.2信号采集与处理模块设计 (8)

3.2.1 ST188红外光电传感器 (8)

3.2.2 双运算放大器LM358P (8)

3.2.3 信号采集电路 (9)

3.2.4 信号处理电路 (10)

3.3显示模块 (10)

3.4键盘电路模块 (11)

3.5时钟电路 (11)

3.6复位电路 (12)

3.7报警电路 (12)

3.8电源模块 (13)

4 系统软件部分设计 (14)

4.1主程序设计 (14)

4.2中断程序 (15)

4.3显示模块 (17)

5 脉搏仪测试与结果分析 (20)

5.1程序调试 (20)

5.2脉搏测量仪原理图调试 (20)

5.3脉搏测量仪在P ROTEUS的仿真 (20)

5.4PCB排版布线及硬件焊接 (21)

5.5测试数据与结果分析 (23)

6 总结与分析 (24)

参考文献 (25)

1 绪论

1.1 研究背景及意义

脉象诊断已经在我国存在有几千多年历史了，就是我国传统中医必须研究的对象，由于传统医学采用的相关手段，对病人进行的病情诊断，病情的诊断会因为病人或者医者的影响，就会导致测量的准确度问题。现代科技发展的步步提高，生命学和信息学的联系是越来越紧密了，出现了许多样式各异的脉搏测量仪器，尤其是电子式的脉搏测量仪现世，让平时在测量脉搏时很便捷了。使诊断更加精确、治疗能够更加完善。

现如今已经有很多人慢慢认识到，在日常中绿色健康的生活方式，以及对相关疾病防治的重要性。在检测人体脉搏信号的领域里，当今世界上已有许多的先进的知识体系，在当今医学技术里面，人体心血管健康能进行无创检测的方法和仪器不断涌现。研究一种无害的而且实用的测量仪器，使愈来愈多的人关心自己的心血管健康状态，能够在心血管疾病的还处于轻度状态时，进行快一步的发现，而且还能够平时的生活中进行预防。

采用光电传感技术，实现光电法提取指尖脉搏信息，送入控制芯片进行计数并在显示设备上显示脉搏技术，制成的脉搏测量仪器性能良好，结构简单，在脉诊方面具有一定的应用和推广实效。

1.2 脉搏测量仪的研究现状

在日新月异的医疗学中，检测脉搏跳动，来获得患者的身体健康状态的电子科技医疗器件是越来越多了。脉搏信号是显示出身体健康状况的渠道，检测脉搏信号的仪器在传统检测中有它的优势所在。在研究脉搏系统期间，对许多已经出现在网络、市场上的脉搏仪器进行了调查，发现网络、市场上有许多较高的效率，而且比较精确的测量产品，在仔细调查后，发现其中的许多仪器都存在部分不足，所以就没有把其设计的路线和解决其中问题的设计方案应用到大范围的电子产

品生产方面去，也就没有大规模的应用到医学领域中去。比如有些脉搏测量仪器还是比较高效且精确的，但是在物价高涨现代社会，产品的价格是非常高的，在普通消费者比较多的情况下，是不能承受的。有的医疗测量仪器需要比较严格的检测环境，才能检测出人体的脉搏信号，如此要求严格的测量环境，根本不能在

平常的消费者当中所处的条件里准确测量。此外有的仪器是在操作的过程当中，因为操作过程比较繁琐，所以就无法推广并当作产品进行广泛销售。根据走访调查，了解到现如今还有许多经济比较落后的地方都是采取听诊来进行测量的，没有相对比较便宜且准确的仪器所代替。

1998年01月朱国富等做的袖珍式动脉脉搏波监测仪是基于单片微机8098

作为控制器，利用光电式传感器采集信号[1]。

2005年09月刘文等设计了利用51系列单片机开发指脉采集系统，实现对人体的脉搏数据采集、存储、报警等功能[2]。该系统成本低，实用性强。

2011年10月将为等设计了基于32位CMOS单片机的人体脉搏波形测量仪，实现了在LCD上直接显示出脉搏波形，该体系基本达到了仪器的测量精度，而且系统的响应速度方面得到了提升了[3]，系统有良好准确度，使用便捷，耗材低。 2015年2月李宏恩等设计了以AT89C51单片机为核心,将光电传感器采集到信号经过电路处理后输入到AT89C51内,利用单片机内部的定时器来计算时间,

然后将脉冲的次数进行累加,就可以计算出脉搏每分钟的跳动次数[4]。

1.3 研究的主要内容

用STC89C52单片机作为系统设计的核心控制和处理单元，并且用红外传感器ST188对人体的脉搏信号进行采集，接下来把脉搏信号经相关电路放大、滤波、整形，进行A/D转换，输入给单片机系统进行处理，运用软件和硬件的处理技术实现对脉搏信号比较准确的测量，设计出指尖放在ST188的表面上，系统能够在2到5秒钟内测出脉搏在1分钟的跳动数据，并显示在1608液晶屏上，可以设置脉搏测量仪测量脉搏信号的的上下限，报警模块会根据设置进行蜂鸣报警。

2 脉搏测量仪的设计方案

在脉搏测量仪的设计中，信号的采集和获取是关键。在设计的过程中，脉搏信号可以无误、有效、真实地采集，那么设计就可以顺利的进行。动脉信号极弱，振幅非常有限，难于进行采集和获取。生物的各部分的生理信号都是相互干扰、相互影响，在这种情况下，脉搏信号就会受到噪声的干扰。

脉搏信号的频率是很低的，正常人每分钟的脉搏跳动次数在60到100之间，频率在1Hz到1.67Hz，平均在70次左右。能够选择合理的传感器来对脉搏信号进行测量，才能够获得无误、有效、真实地采集，才能完整而又准确的反映一个人的身体活动的生理信息，设计的脉搏仪才能正常且高效地工作。

采用红外传感器进行对脉搏信号的采集，光电系统通常是指能够敏感到紫外光至红外光的光能量，并将这个光能量变换成电信号的器件。光电式传感器测量比较微小的位移变化有非常明显的作用，而且红外传感器对材料、电路模块控制以及光电管的特性要求是相对要高的。

光电式检测信号是使用红外传感器测试出血脉中流动时对光的透过率、反射率不同，就将收到的信号进行光电转换。选择ST188传感器对信号进行采集是最合适的。

选择STC89C52单片机系统，该设计的的可靠性可以得到提升，而且简化电

路的设计，从而使系统耗材减少。

显示模块选择LCD液晶显示屏，因为液晶显示屏的信息量大，使用的寿命相关的长，而且能够在低压的情况下驱动。LCD具有的独特的优点特性，对信

息的显示效果也是非常好的，而且控制方面也比较简便使用等等。

蜂鸣器模块采用蜂鸣器在超过上限低于下限时报警，并添加一个蜂鸣器开关。

按键功能由4个按键开关组成，用于对单片机的复位，设置上下限，数值加，数值减。

电源模块是采用的DC电源插座，还有自锁开关实现对系统的断电续电，并

保护系统。硬件电路设计框图如图2-1所示。