单片机的脉搏测量仪设计
目 录
1 绪论 1
1.1 选题的背景和意义 1
1. 2 脉搏测量仪的应用和发展 2
2 总体设计方案的选择 2
2.1 主控模块的选择 2
2.2 显示模块的选择 3
2.3 传感器的选择 3
2.4 系统整体设计 4
3 系统硬件电路设计 5
3.1 控制主模块 5
3.2 液晶显示简介 7
3.3 信号采集电路设计 9
3.4 蜂鸣器模块 13
4 系统仿真设计 13
5 系统软件设计 14
5.1 软件总体设计 14
5.2 程序设计原理 16
6 系统调试 17
6.1 软件系统调试 17
6.2 硬件系统调试 17
6.3 调试结果 18
6.4 测量值分析 18
结 论 20
致谢 21
参考文献 22
附 录 22
附录A：硬件系统整体原理图: 23
附录B：PCB图: 23
附录C：实物图： 23
附录D：模拟系统整体原理图： 24
1 绪论
1.1 选题的背景和意义
随着人们生活水平的提高和工作节奏的加快，很多人养成了多吃少动的习惯，锻炼身体的时间也越来越少，患各种心脑血管疾病的风险也越来越高。就目前，我国的心脑血管疾病仍呈逐年上升的趋势，而且其死亡率居各种疾病之首。人体的脉搏携带着大量的身体状况信息，通过测量身体的脉搏可以及早的发现这类慢性疾病，然后在发病的初期能够得到 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
及时的关注和治疗，将病毒扼杀在萌芽期。
医院的护士每天都要测量病人的脉搏，医生可以通过测量到的脉搏信息对病人的健康状况进行诊断。在我国古代就有中医四诊（望、闻、问、切），其中切指的就是脉诊。脉诊又称为切脉、诊脉、按脉、持脉，是指大夫通过接触人体的脉搏，通过脉象的变化来诊断就诊者的身体状况。
脉诊是通过医生手指的感官来获取人体的脉搏信息，虽然具有设备简单、便于操作、无创无痛等特点为广大患者所晴来，但是在长期的医疗实践和技术的传承中也暴露出一些严重的缺陷。首先，用手指切脉的技巧性太强，而且其中包含着大量的中医学理论知识，经验少的医者难以掌握和运用，从而使得技艺难以传承；其次，切脉是医生仅凭手指感觉到的脉象再结合自己所学的医学理论知识进行诊断，这样医生很容易受到触觉、心情、和经验等诸多因素的影响，难免会存在一些主观臆断情况，从而影响了医生对脉象和就医者病情的判断；再则，医生感知到的脉象无法用数据的形式进行记录和保存，只能简单的通过医生的描述进行记录，不能够直观的显示结果，从而限制了对脉象的研究，脉诊技艺的使用范围也受到了限制。脉诊的这种主观性诊断，严重的影响了对就医者病情判断的精度，成为中医脉诊应用、发展和交流中的制约因素。为了将传统的中医药学发扬光大，使脉搏测量更加的准确化和标准化，脉搏测量必须要与现代科技相结合，实现更为科学、客观的诊断。
脉搏即动脉搏动。正常人的脉搏跳动和心跳频率是一致的。正常成人一般为每分钟70－80次，平均约72次/分钟。脉搏跳动的频率不是固定不变的，它受很多因素的影响。比如年龄，老年人的脉搏跳动频率较慢，一般为55到60次/分钟。而婴幼儿的脉搏跳动较快，婴儿每分钟120－140次，幼儿每分钟90－100次，学龄期儿童每分钟80－90次。由此可以发现，随着年龄的增长，人体脉搏在单位时间内跳动的次数越来越低。另外，运动、紧张和情绪激动等极端因素都可使脉搏跳动加快，而休息、睡眠则使脉搏减慢。正常成人脉率一般比较规则、脉搏强弱均等，不会有太大的波动，60到100次/分内都属于正常结果。身体正常的成人脉率超过100次/分钟，称为心动过速；每分钟低于60次，称为心动过缓。但是也有一部分身体素质较好的人，每分钟低于60次，约合50次~60次之间。如果过低，则有可能会引起心脏骤停，严重的威胁人体的生命健康。
就目前，脉搏测量仪不光在医学界的多个科室广泛的应用，而且在其他领域的使用也越来越广泛，比如在运动、健身设备中等。
1. 2 脉搏测量仪的应用和发展
随着科学技术逐渐的渗入到各个领域，传统的医学领域也受到了强大的冲击，尤其是脉诊等领域。近年来国内外的科研专家和学者也把先进的科学技术引用到脉搏测量中，而其中最受人们关注的是传感器方向的研究。最初人们主要集中在指脉、耳脉等接触式传感器的研究。虽然手指测量脉搏比较方便和简单，但因为人体的手指上汗腺较多，而且手指有温度，从而使测量的结果不够准确。耳脉，顾名思义就是在耳朵上的脉搏，虽然耳朵比较干净，而且也易于测量。但是因为耳脉的脉搏跳动比较微弱，测量的结果易受到测量时的季节、环境、温度等诸多因素的影响，测量的结果不能准确的反映出人体的脉搏信息。在过去，很多地方常使用利用微型气泵加压橡胶气囊制作而成的便携式电子血压计来测量脉搏。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
这种仪器在每次测量前需要对橡胶气囊先进行加压，在测量后还需要进行减压，存在操作复杂、体积庞大、不便携带等弊端，而且减压会使测量者的身体感到不适，用户体验差，测量的精度也相对较低。
近年来各个行业都追求 “绿色环保”的理念。医学界也把这种思想引入到了对人体脉搏的测量中，尤其是以光电式传感器发展最为迅猛。在对人体的脉搏测量中通过测量手指末端透光的变化，再把这种变化转换成光信号的变化返回，然后采用一些光电元件将返回的光信号转换成电信号，再由单片机对其进行计数。这类传感器的探测部分无需侵入人体，在体外就可以测量人体的生理参数，而且这类传感器的误差非常低，测量的精度高，还具有“绿色无创”、结构简单、可重复使用等优点，深受广大用户的青睐。光电传感器在人体脉搏测量的发展过程中具有不可替代的作用。
2 总体设计方案的选择
2.1 主控模块的选择
方案一：
采用MSP430系列单片机。MSP430系列单片机是一种16位超低功耗信号处理器，最先是由美国德州仪器（TI ）推向市场。MSP430单片机具有处理能力强、运算速度快、超低功耗、片类资源丰富、开发环境方便高效等特点为广大使用者所喜爱，但是由于该芯片主要用于工业生产中，在市场上很难购买到而且价格也比较昂贵，不适合一般的设计开发。所以本系统不采用此芯片。
方案二：
采用51系列的单片机。51系列单片机是一类安全、价格实惠、结构简单的高性能单片机，这类单片机适合于一般的工业生产和普通学者的学习，不仅操作简单，而且还支持在线编程和调试，是初学者的最佳选择。因此本设计选用51系列单片机作为主控芯片。
压电传感器只能用于动力的测量，不能进行静压力的测量。因为压电传感器在测量时需要对测量的器材施加压力，压力可能会不均匀，而且如果施力过度会导致传感器压坏，从而不能继续使用。压电传感器产生的信号很弱，因此需要对测量到的信号进行放大，并且需要把输出的高阻抗变化成低阻抗后输出的信号才能被其他仪器接收。所以基于上述的缺点本设计中不采用压电传感器。
1 绪论 1
1.1 选题的背景和意义 1
1. 2 脉搏测量仪的应用和发展 2
2 总体设计方案的选择 2
2.1 主控模块的选择 2
2.2 显示模块的选择 3
2.3 传感器的选择 3
2.4 系统整体设计 4
3 系统硬件电路设计 5
3.1 控制主模块 5
3.2 液晶显示简介 7
3.3 信号采集电路设计 9
3.4 蜂鸣器模块 13
4 系统仿真设计 13
5 系统软件设计 14
5.1 软件总体设计 14
5.2 程序设计原理 16
6 系统调试 17
6.1 软件系统调试 17
6.2 硬件系统调试 17
6.3 调试结果 18
6.4 测量值分析 18
结 论 20
致谢 21
参考文献 22
附 录 22
附录A：硬件系统整体原理图: 23
附录B：PCB图: 23
附录C：实物图： 23
附录D：模拟系统整体原理图： 24
1 绪论
1.1 选题的背景和意义
随着人们生活水平的提高和工作节奏的加快，很多人养成了多吃少动的习惯，锻炼身体的时间也越来越少，患各种心脑血管疾病的风险也越来越高。就目前，我国的心脑血管疾病仍呈逐年上升的趋势，而且其死亡率居各种疾病之首。人体的脉搏携带着大量的身体状况信息，通过测量身体的脉搏可以及早的发现这类慢性疾病，然后在发病的初期能够得到 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
及时的关注和治疗，将病毒扼杀在萌芽期。
医院的护士每天都要测量病人的脉搏，医生可以通过测量到的脉搏信息对病人的健康状况进行诊断。在我国古代就有中医四诊（望、闻、问、切），其中切指的就是脉诊。脉诊又称为切脉、诊脉、按脉、持脉，是指大夫通过接触人体的脉搏，通过脉象
脉诊是通过医生手指的感官来获取人体的脉搏信息，虽然具有设备简单、便于操作、无创无痛等特点为广大患者所晴来，但是在长期的医疗实践和技术的传承中也暴露出一些严重的缺陷。首先，用手指切脉的技巧性太强，而且其中包含着大量的中医学理论知识，经验少的医者难以掌握和运用，从而使得技艺难以传承；其次，切脉是医生仅凭手指感觉到的脉象再结合自己所学的医学理论知识进行诊断，这样医生很容易受到触觉、心情、和经验等诸多因素的影响，难免会存在一些主观臆断情况，从而影响了医生对脉象和就医者病情的判断；再则，医生感知到的脉象无法用数据的形式进行记录和保存，只能简单的通过医生的描述进行记录，不能够直观的显示结果，从而限制了对脉象的研究，脉诊技艺的使用范围也受到了限制。脉诊的这种主观性诊断，严重的影响了对就医者病情判断的精度，成为中医脉诊应用、发展和交流中的制约因素。为了将传统的中医药学发扬光大，使脉搏测量更加的准确化和标准化，脉搏测量必须要与现代科技相结合，实现更为科学、客观的诊断。
脉搏即动脉搏动。正常人的脉搏跳动和心跳频率是一致的。正常成人一般为每分钟70－80次，平均约72次/分钟。脉搏跳动的频率不是固定不变的，它受很多因素的影响。比如年龄，老年人的脉搏跳动频率较慢，一般为55到60次/分钟。而婴幼儿的脉搏跳动较快，婴儿每分钟120－140次，幼儿每分钟90－100次，学龄期儿童每分钟80－90次。由此可以发现，随着年龄的增长，人体脉搏在单位时间内跳动的次数越来越低。另外，运动、紧张和情绪激动等极端因素都可使脉搏跳动加快，而休息、睡眠则使脉搏减慢。正常成人脉率一般比较规则、脉搏强弱均等，不会有太大的波动，60到100次/分内都属于正常结果。身体正常的成人脉率超过100次/分钟，称为心动过速；每分钟低于60次，称为心动过缓。但是也有一部分身体素质较好的人，每分钟低于60次，约合50次~60次之间。如果过低，则有可能会引起心脏骤停，严重的威胁人体的生命健康。
就目前，脉搏测量仪不光在医学界的多个科室广泛的应用，而且在其他领域的使用也越来越广泛，比如在运动、健身设备中等。
1. 2 脉搏测量仪的应用和发展
随着科学技术逐渐的渗入到各个领域，传统的医学领域也受到了强大的冲击，尤其是脉诊等领域。近年来国内外的科研专家和学者也把先进的科学技术引用到脉搏测量中，而其中最受人们关注的是传感器方向的研究。最初人们主要集中在指脉、耳脉等接触式传感器的研究。虽然手指测量脉搏比较方便和简单，但因为人体的手指上汗腺较多，而且手指有温度，从而使测量的结果不够准确。耳脉，顾名思义就是在耳朵上的脉搏，虽然耳朵比较干净，而且也易于测量。但是因为耳脉的脉搏跳动比较微弱，测量的结果易受到测量时的季节、环境、温度等诸多因素的影响，测量的结果不能准确的反映出人体的脉搏信息。在过去，很多地方常使用利用微型气泵加压橡胶气囊制作而成的便携式电子血压计来测量脉搏。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
这种仪器在每次测量前需要对橡胶气囊先进行加压，在测量后还需要进行减压，存在操作复杂、体积庞大、不便携带等弊端，而且减压会使测量者的身体感到不适，用户体验差，测量的精度也相对较低。
近年来各个行业都追求 “绿色环保”的理念。医学界也把这种思想引入到了对人体脉搏的测量中，尤其是以光电式传感器发展最为迅猛。在对人体的脉搏测量中通过测量手指末端透光的变化，再把这种变化转换成光信号的变化返回，然后采用一些光电元件将返回的光信号转换成电信号，再由单片机对其进行计数。这类传感器的探测部分无需侵入人体，在体外就可以测量人体的生理参数，而且这类传感器的误差非常低，测量的精度高，还具有“绿色无创”、结构简单、可重复使用等优点，深受广大用户的青睐。光电传感器在人体脉搏测量的发展过程中具有不可替代的作用。
2 总体设计方案的选择
2.1 主控模块的选择
方案一：
采用MSP430系列单片机。MSP430系列单片机是一种16位超低功耗信号处理器，最先是由美国德州仪器
方案二：
采用51系列的单片机。51系列单片机是一类安全、价格实惠、结构简单的高性能单片机，这类单片机适合于一般的工业生产和普通学者的学习，不仅操作简单，而且还支持在线编程和调试，是初学者的最佳选择。因此本设计选用51系列单片机作为主控芯片。
压电传感器只能用于动力的测量，不能进行静压力的测量。因为压电传感器在测量时需要对测量的器材施加压力，压力可能会不均匀，而且如果施力过度会导致传感器压坏，从而不能继续使用。压电传感器产生的信号很弱，因此需要对测量到的信号进行放大，并且需要把输出的高阻抗变化成低阻抗后输出的信号才能被其他仪器接收。所以基于上述的缺点本设计中不采用压电传感器。
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