无线便携式脉搏监测仪
摘 要随着科技的不断发展，健康与信息技术的结合也越来越密切。人体的脉搏信号反映了健康的重要信息，为了达到准确、方便、快捷的测量脉搏的具体信息，于是脉搏仪就应运而生了。电子测量技术的不断发展，脉搏仪向数字化、自动化的方向迅速发展。 电子脉搏仪是通过采集人体脉搏变化引起的生物信号，然后将生物信号转为物理信号，使得这些物理信号能反映人体脉搏的变化，最后通过相应的硬件电路及芯片来处理、计算得到每分钟脉搏跳动的次数。脉搏仪在生活中也有很多应用，本课题是基于51单片机设计的脉搏仪。系统以STC89C52单片机为核心，使用单片机系统的定时器来计算时间，产生的脉冲通过红外反射传感器ST188传感器检测，通过单片机对脉冲的累加来得到每分钟脉搏跳动的次数，最后将脉搏每分钟跳动次数显示出来。经过测试，该系统工作正常，满足设计要求。本次设计的无线便携式脉搏监测仪将现代信息技术与现代健康相结合，具有经济、可靠、方便等特点，有很高的现实意义。
目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1 选题背景 1
1.2 脉搏测量仪的发展前景 2
第二章 脉搏仪的方案设计及分析 4
2.1 课题需求分析 4
2.2 基于需求思路的方案设计 4
2.3 脉搏仪的具体模块功能的分析 5
第三章 脉搏仪的硬件设计 7
3.1单片机电路 7
3.1.1 STC89C52的主要特性 7
3.1.2 STC89C52的结构 8
3.1.3 单片机最小系统及接口电路 9
3.2 数据采集模块 10
3.2.1脉搏传感器的选择 10
3.2.2光电传感器的结构 11
3.2.3 光电传感器检测原理 12
3.2.4信号采集电路 12
3.3信号处理电路 13
3.3.1放大器的介绍 13
3.3.2 放大电路 14
3.3.3 波形整形电路 15
3.4 脉搏计的显示电路 16
第四章 脉搏仪的软件设计 19
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
4.1 主程序流程 19
4.2 定时器中断程序流程 20
4.3 INT中断程序 21
4.4 显示程序流程 21
第五章 系统调试 23
5.1 系统调试 23
5.2 系统检验 24
5.3 测试结果与误差分析 26
第六章 总结与展望 27
参考文献 28
附 录 Ⅰ 30
附 录 Ⅱ 36
致谢 37
第一章 绪论
1.1 选题背景
随着时代的发展，信息技术也越来也越深入人心，与我们的生活紧密联系，信息化也迫在眉睫。物联网是新一代信息技术的组成部分，物联网是在计算机科学为基础，包括网络，电子，射频，传感器，无线，人工智能，条形码，云计算，自动化和嵌入式技术作为一种全面的技术和应用整合，然后隔离的事物进行交流，使得它们可以互相通信。科技可以改变生活，物联网技术必将深入我们的生活、方便我们的生活。
社会的发展和经济的快速进步，人类对于健康的关注已经越来越重视，但每年因为心脑血管疾病而致死的人数却居高不下，高昂的医疗费用制约着广大患者，给家庭带来沉重的经济负担。但是现今社会的快节奏和饮食作息的不规律，心脑血管疾病的发生率却在逐年增加。面对此类问题，如何及时的监测疾病的发生并进行及时的预警从而减少疾病的发生和家庭的经济负担成为了一个我们现今必须面对的问题。
脉搏测量显示出来的形态、强度、速率反映人体健康的一项重要指标。脉搏测量提供的信息能够让我们及时获知身体的健康状况，而从脉搏中提取到的人体生理信息数据又可以作为诊断和治疗的依据，因此及时的监测脉搏的状况可以提前预防心血管疾病的发生。
其实，脉搏的测量在我们的生活中早已经有了广泛的应用，我们去医院看病时，护士会将手指按在我们手腕的动脉上，根据脉搏的跳动开始计数，为了节省时间而不会测满一分钟，通常是测量10秒内的脉搏跳动次数再乘以六从而得到每分钟脉搏次数，这样的测量其实是不准确的。
随着科学技术的发展，脉搏测量技术也得到了发展，国内外先后研究出各种各样的脉搏测量仪，其中的关键就是对脉搏心率传感器的研究，但这些脉搏仪通常都是体积大、成本高、不易携带。这决定了脉搏仪无法普及大众，而我们只能到医院去测量。
基于以上的信息和现状，在这个物联网时代，这个信息技术与我们生活紧密结合的时代，我们有必要设计出一款将现代信息技术与现代健康相结合的方便、经济、可靠的脉搏监测仪。
1.2 脉搏测量仪的发展前景
早在1860年，Vierordt就创建了第一台心脏脉搏描记仪。50年代初国内的朱颜将脉搏心率仪引用到中医脉诊的客观化研究方面。之后，随着机械和电子技术的发展，在中国中医脉象仪发展进步非常迅速。尤其是在70年代中期，国内的天津、上海、江西等地相继成立了小组研究脉象仪，通过和多学科的合作，共同推动传统中国中医脉象研究工作进入了一个新的境界。
脉象探头式样很多，有单部、三部、单点、多点、刚性接触式、软性接触式、气压式、硅杯式、液态汞、液态水、子母式等组成,脉象探头的主要原件有应变片、压电晶体、单晶硅、光敏元件、PVDF压电薄膜等，其中以单部单点应变片式为最广泛，不过近年来正在向三部多点式方向设计[1]。
脉搏心率测量技术随着科学技术的发展越来越先进，测量精度也在不断的提高，在国内外已经开发出不同类型的心脏脉搏率测量仪，这其中的关键就是对脉搏心脏速率传感器的研究。第一个对脉搏心率的测试是通过触摸传感器用于体育方面的测量，使用这种传感器开发的手指静脉、耳脉测量仪等都有自己的优点和缺点。手指脉博测量更加方便，简单，但由于手指有更多的汗腺、手指夹常年的使用所造成的污染可能会导致降低灵敏度测量。耳脉测量比较干净，传感器使用在污染少的环境，而且维护方便。但耳静脉弱，尤其是当季节变化，所测量的信号显著受环境温度的影响十分显著，导致不准确的测量[2]。过去在医院临床监护和日常中老年保健中出现的日常监护仪器，如便携式电子血压计，可以完成脉搏心率的测量,但是这种便携式电子血压计利用微型气泵加压橡胶气囊，每次测量都需要一个加压和减压的过程，存在体积庞大、加减压过程会有不适、脉搏心率检测的精确度低等缺点。
近年来，国内外对开发非侵入非接触式传感器十分热衷。这种类型的传感器的一个重要特征就是不需要将测量探头的一部分侵入体内，一般在体外或者是体表间接测量人体生理生化指标，具有精度高、不会引起身体创伤和自动消除仪器误差的优点。
其中光电式脉搏心率传感器是根据光电容积法制成的脉搏心率传感器，通过对手指末端透光度的监测，间接检测出脉搏心率信号。具有结构简单、无损伤、精度高、可重复使用等优点。通过光电式脉搏心率传感器所研制的脉搏心率测量仪已经应用到临床医学等各个方面并收到了理想效果。
人体心室周期性的收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒张，是血流压力以波的形式从主动脉根部开始沿着整个动脉系统传播，这种波成为脉搏心率波[3]。从脉搏心率波中提取人体的心理病理信息，脉搏波作为临床诊断和治疗的重要依据，一直是医学界的关注。脉搏心率波所呈现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)和节律(周期)等方面的综合信息。在很大程度上，许多生理和病理是通过脉搏反映人体心血管系统的功能，所以心率脉搏波采集和处理具有较高的医疗价值和应用前景[4]。但人体的生物信号在强噪声背景下大多为低频弱信号，脉搏信号是一个非电生理弱低频的信号，因此必须经过后级放大和滤波，才能够满足采集要求。
目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1 选题背景 1
1.2 脉搏测量仪的发展前景 2
第二章 脉搏仪的方案设计及分析 4
2.1 课题需求分析 4
2.2 基于需求思路的方案设计 4
2.3 脉搏仪的具体模块功能的分析 5
第三章 脉搏仪的硬件设计 7
3.1单片机电路 7
3.1.1 STC89C52的主要特性 7
3.1.2 STC89C52的结构 8
3.1.3 单片机最小系统及接口电路 9
3.2 数据采集模块 10
3.2.1脉搏传感器的选择 10
3.2.2光电传感器的结构 11
3.2.3 光电传感器检测原理 12
3.2.4信号采集电路 12
3.3信号处理电路 13
3.3.1放大器的介绍 13
3.3.2 放大电路 14
3.3.3 波形整形电路 15
3.4 脉搏计的显示电路 16
第四章 脉搏仪的软件设计 19
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
4.1 主程序流程 19
4.2 定时器中断程序流程 20
4.3 INT中断程序 21
4.4 显示程序流程 21
第五章 系统调试 23
5.1 系统调试 23
5.2 系统检验 24
5.3 测试结果与误差分析 26
第六章 总结与展望 27
参考文献 28
附 录 Ⅰ 30
附 录 Ⅱ 36
致谢 37
第一章 绪论
1.1 选题背景
随着时代的发展，信息技术也越来也越深入人心，与我们的生活紧密联系，信息化也迫在眉睫。物联网是新一代信息技术的组成部分，物联网是在计算机科学为基础，包括网络，电子，射频，传感器，无线，人工智能，条形码，云计算，自动化和嵌入式技术作为一种全面的技术和应用整合，然后隔离的事物进行交流，使得它们可以互相通信。科技可以改变生活，物联网技术必将深入我们的生活、方便我们的生活。
社会的发展和经济的快速进步，人类对于健康的关注已经越来越重视，但每年因为心脑血管疾病而致死的人数却居高不下，高昂的医疗费用制约着广大患者，给家庭带来沉重的经济负担。但是现今社会的快节奏和饮食作息的不规律，心脑血管疾病的发生率却在逐年增加。面对此类问题，如何及时的监测疾病的发生并进行及时的预警从而减少疾病的发生和家庭的经济负担成为了一个我们现今必须面对的问题。
脉搏测量显示出来的形态、强度、速率反映人体健康的一项重要指标。脉搏测量提供的信息能够让我们及时获知身体的健康状况，而从脉搏中提取到的人体生理信息数据又可以作为诊断和治疗的依据，因此及时的监测脉搏的状况可以提前预防心血管疾病的发生。
其实，脉搏的测量在我们的生活中早已经有了广泛的应用，我们去医院看病时，护士会将手指按在我们手腕的动脉上，根据脉搏的跳动开始计数，为了节省时间而不会测满一分钟，通常是测量10秒内的脉搏跳动次数再乘以六从而得到每分钟脉搏次数，这样的测量其实是不准确的。
随着科学技术的发展，脉搏测量技术也得到了发展，国内外先后研究出各种各样的脉搏测量仪，其中的关键就是对脉搏心率传感器的研究，但这些脉搏仪通常都是体积大、成本高、不易携带。这决定了脉搏仪无法普及大众，而我们只能到医院去测量。
基于以上的信息和现状，在这个物联网时代，这个信息技术与我们生活紧密结合的时代，我们有必要设计出一款将现代信息技术与现代健康相结合的方便、经济、可靠的脉搏监测仪。
1.2 脉搏测量仪的发展前景
早在1860年，Vierordt就创建了第一台心脏脉搏描记仪。50年代初国内的朱颜将脉搏心率仪引用到中医脉诊的客观化研究方面。之后，随着机械和电子技术的发展，在中国中医脉象仪发展进步非常迅速。尤其是在70年代中期，国内的天津、上海、江西等地相继成立了小组研究脉象仪，通过和多学科的合作，共同推动传统中国中医脉象研究工作进入了一个新的境界。
脉象探头式样很多，有单部、三部、单点、多点、刚性接触式、软性接触式、气压式、硅杯式、液态汞、液态水、子母式等组成,脉象探头的主要原件有应变片、压电晶体、单晶硅、光敏元件、PVDF压电薄膜等，其中以单部单点应变片式为最广泛，不过近年来正在向三部多点式方向设计[1]。
脉搏心率测量技术随着科学技术的发展越来越先进，测量精度也在不断的提高，在国内外已经开发出不同类型的心脏脉搏率测量仪，这其中的关键就是对脉搏心脏速率传感器的研究。第一个对脉搏心率的测试是通过触摸传感器用于体育方面的测量，使用这种传感器开发的手指静脉、耳脉测量仪等都有自己的优点和缺点。手指脉博测量更加方便，简单，但由于手指有更多的汗腺、手指夹常年的使用所造成的污染可能会导致降低灵敏度测量。耳脉测量比较干净，传感器使用在污染少的环境，而且维护方便。但耳静脉弱，尤其是当季节变化，所测量的信号显著受环境温度的影响十分显著，导致不准确的测量[2]。过去在医院临床监护和日常中老年保健中出现的日常监护仪器，如便携式电子血压计，可以完成脉搏心率的测量,但是这种便携式电子血压计利用微型气泵加压橡胶气囊，每次测量都需要一个加压和减压的过程，存在体积庞大、加减压过程会有不适、脉搏心率检测的精确度低等缺点。
近年来，国内外对开发非侵入非接触式传感器十分热衷。这种类型的传感器的一个重要特征就是不需要将测量探头的一部分侵入体内，一般在体外或者是体表间接测量人体生理生化指标，具有精度高、不会引起身体创伤和自动消除仪器误差的优点。
其中光电式脉搏心率传感器是根据光电容积法制成的脉搏心率传感器，通过对手指末端透光度的监测，间接检测出脉搏心率信号。具有结构简单、无损伤、精度高、可重复使用等优点。通过光电式脉搏心率传感器所研制的脉搏心率测量仪已经应用到临床医学等各个方面并收到了理想效果。
人体心室周期性的收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒张，是血流压力以波的形式从主动脉根部开始沿着整个动脉系统传播，这种波成为脉搏心率波[3]。从脉搏心率波中提取人体的心理病理信息，脉搏波作为临床诊断和治疗的重要依据，一直是医学界的关注。脉搏心率波所呈现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)和节律(周期)等方面的综合信息。在很大程度上，许多生理和病理是通过脉搏反映人体心血管系统的功能，所以心率脉搏波采集和处理具有较高的医疗价值和应用前景[4]。但人体的生物信号在强噪声背景下大多为低频弱信号，脉搏信号是一个非电生理弱低频的信号，因此必须经过后级放大和滤波，才能够满足采集要求。
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